«Знание - сила» 1962 год, №9, с.25-26
| КАКАЯ ЗАВТРА ПОГОДА, ТОВАРИЩ КОСМОС? |
Немало упреков слышим мы, синоптики, по поводу всей нашей деятельности. 1961 год можно считать просто урожайным в этом смысле.
Виноваты в «урожае» ошибок, конечно, мы. Вернее, не мы, а наша, увы, еще несовершенная наука.
Если говорить о предсказаниях погоды, то истоки этой науки теряются где-то в необозримо далеких веках. Народные приметы основываются на опыте многих поколений. Недаром они в общем правильны. Правда, прогнозисты древности не учитывали теории вероятностей, но кто может осудить их за это?
Первые синоптические карты, карты погоды, появились около ста лет тому назад. Они обнимали пространство всего лишь в несколько сотен квадратных километров.
Затем прогнозирование стало распространяться по земле довольно быстро, охватывая одну область за другой. Погода интересовала и земледельцев, и мореходов, и, наконец, летчиков.
Во всех странах создана теперь сеть метеостанций, которые исправно дают сведения о «состоянии здоровья» атмосферы, облачности, осадках, о направлении ветров и температурных изменениях.
На основании всех этих данных составляются карты и прогнозируется погода на ближайшие сутки и на более длительное время.
Краткосрочный прогноз сравнительно не сложен. Ведь изменения, которые предстоят в погоде на следующий день, мы, можно сказать, «видим». Ошибки в этих прогнозах происходят чаще всего вот почему. Например, надвигается дождь. Глубина полосы дождя — несколько сотен километров. Границы его размыты, их ширина невелика, всего десять километров. Но для жителей эта граница весьма существенна: сто процентов возможной ошибки из-за каких-нибудь двух-трех процентов размытости фронта дождя.
В общем, с краткосрочным прогнозом мы справляемся неплохо. Но мечта каждого синоптика — дать на несколько месяцев вперед точную карту погоды, свободную от ошибок, от случайностей, от всего, что мы иногда стыдливо называем аномалией. Не удался прогноз — аномалия погоды. Но ведь аналогичные ошибки случаются и у «не научных» предсказателей погоды типа пресловутого «дида», который мудро предрекает будущие дожди и ненастья.
Почему же это происходит у нас?
Прежде всего, надо сказать, что при всей распространенности метеостанций, мы получаем информацию только с материков. Да и то не отовсюду. Сведений из Южного полушария крайне мало. Экваториальные области в общем почти не изучены и наблюдениями не охвачены. И, наконец, самое главное — океан. Две трети земной поверхности покрыты водой. Здесь рождаются мощные циклоны и антициклоны, которые так бессовестно путают наши карты в прямом и переносном смысле. Правда, в Атлантике ходят «корабли погоды». Есть они и в Тихом океане. Метеоинформацию поставляют и рейсовые суда. Но все это поистине «капля в море». Можно сказать грубо, что нам пока достается не больше 50 процентов всей необходимой информации. Да и расположены источники этой информации крайне неравномерно.
Только пятая часть всей массы атмосферы исследуется сейчас с помощью современной аппаратуры. Поэтому могут остаться не обнаруженными гигантские бури, которые врываются к нам из пустынных океанических или полярных областей.
Кроме того, как это ни странно звучит, мы ведь еще толком не знаем, какими тепловыми ресурсами располагает наша планета. Нам неизвестно планетарное распределение потока энергии, поглощенной и излучаемой системой земля — атмосфера. Таким образом, скрытыми остаются энергетические ресурсы атмосферной циркуляции.
А все эти данные важны с двух точек зрения. Как известно, для прогнозирования погоды необходимо знать направление ветров. Ветры же вызываются неравномерным распределением потока солнечной энергии.
Во-вторых, измерения теплового баланса помогут нам разработать новую схему прогнозирования погоды.
Только настоящее знание энергетических ресурсов нашей планеты даст возможность создать, наконец, неуязвимую теорию погоды и климата Земли.
Метеорологи были первыми учеными, которые воспользовались проникновением человека в глубины атмосферы. Аэростаты с наблюдателями, самолеты, радиозонды-автоматы — все это в руках метеорологов становилось новым орудием их науки, базой для новых измерений, новых исследований.
Многочисленные метеоракеты дали нам, наконец, возможность прикоснуться к самым высшим областям атмосферы, посмотреть, что же там делается.
Но всего этого мало.
Нам нужны спутники! Много спутников, насыщенных оборудованием, спутников, которые перекрывали бы наблюдениями всю земную поверхность.
Какие данные интересуют нас для прогнозирования погоды? Что мы получаем сейчас от наших наземных станций?
Прежде всего изучается облачность. Потом ветер, температура на различных высотах, влажность... И спутники могут дать нам столько сведений, что полностью удовлетворят «аппетит» самых активных любителей информации.
С помощью фотоэлементов, инфракрасной техники и телевизоров спутники передадут на Землю сведения о состоянии облачного покрова. При этом мы выясним в точности высоту облаков — измерение для земных методов не очень доступное. Можно сделать это, например, по поглощению инфракрасных волн в полосе углекислого газа. Волны длиной в два микрона очень сильно поглощаются углекислым газом. Таким путем можно определить общее содержание углекислого газа в облаке. А его процентное содержание постоянно на всех высотах. Значит, зная распределение давления, можно найти высоту слоя облаков, отражающего солнечный свет.
Далее пойдут измерения тепловые: солнечная радиация, отражение от Земли, от облаков, от атмосферы; измерения температуры поверхности Земли в дневное и ночное время. И в конечном счете — то планетарное распределение ресурсов тепла, которого так ждут теоретики погоды.
Затем — разнообразные исследования верхних и нижних слоев атмосферы. Распределение осадков, температуры, измерение массы водяного пара и различных газов, их распределение в вертикальных столбах воздуха. Распределение гроз, ураганов и всевозможных движений в атмосфере.
И это — по всей планете. Так что можно будет знать каждый день все, что происходит вокруг земного шара где бы то ни было.
Посмотрим теперь, где же нам надо проложить орбиты этих спутников, какой аппаратурой их насытить и как организовать быстрое освоение полученных данных.
Вся богатейшая информация, которую будут поставлять спутники, нуждается в немедленной расшифровке. Нужно изобразить ее в удобоваримом для синоптиков виде. Информация должна быть немедленно представлена в распоряжение всех стран, где имеется служба погоды.
Как это следует делать?
Необходимы мировые центры сбора и распространения информации спутников и множество региональных центров.
Ведь и сейчас один какой-нибудь из метеоспутников может буквально засыпать нас сведениями. А информация стареет очень быстро. Отсюда — спешка в обработке.
Рабочая группа экспертов по метеоспутникам Международного комитета по изучению космического пространства наметила организацию мировых центров в Москве, Вашингтоне и одном из городов Южного полушария. Это произошло недавно, в июне 1961 года.
Конечно, широчайшее применение в будущих научных центрах найдут счетно-решающие машины. Ведь и сейчас мы решаем уравнения погоды с помощью этих машин. А представляете себе, что будет, когда массовым потоком пойдет информация с многочисленных спутников? «Руками» ее никак не обработать!
Метеорологические спутники будут «путешествовать» по круговым орбитам. Это понятно: нужны наблюдения, ведущиеся с одной и той же высоты. Из круговых орбит мы выберем два типа — полярные и экваториальные.
С полярной орбиты спутник может «видеть» всю Землю. Он просматривает каждую точку земной поверхности дважды в сутки, скажем, один раз, когда движется в северном направлении, днем, а второй раз — ночью, при движении в южном направлении. Можно запустить спутник на полярную орбиту на высоте 5000 километров так, что он будет «видеть Землю» приблизительно в одно и то же время. А это очень удобно для наблюдений.
Самой удачной системой можно считать совокупность шести спутников, которые будут двигаться с периодом в четыре часа по полярным орбитам. Высота таких спутников 6000 километров. В этом случае не может остаться незамеченным в течение часа ни одно существенное изменение в атмосфере. И можно будет получить мировую карту погоды с полными данными для каждого времени суток.
Но карта, полученная таким путем, потребует детализации. Линии шквалов и многое другое надо изучать с меньших высот. Так что в дополнение к такой совершенной системе наблюдения надо будет посылать еще и спутники с орбитами в несколько сотен километров. Их информация будет очень важна для краткосрочных и более обстоятельных прогнозов.
Теперь о спутниках экваториальных... Для тропических стран необходимо иметь «свои собственные» спутники, которые вращались бы на экваториальных орбитах. Например, метеостанция на высоте 1000 километров с периодом обращения 105 минут может наблюдать земную поверхность в поясе от 30° северной широты до 30° южной.
Вместе с наблюдениями полярных спутников, которые тоже через определенное время будут «посещать» тропики, эти наблюдения смогут полностью закрыть белые «тропические» пятна на мировой карте погоды.
Служба погоды в 1972 году... Спутники уже наблюдают за всем, что нам интересно, информация стекается со всех точек наблюдения — земных, океанических и внеземных — в единый синоптический центр.
Информация передается непрерывно. Спутники получают необходимые метеорологические данные и посылают радиосигналы на Землю.
Вот уже появилась карта распределения облаков по всему земному шару. Вскоре все учтено и рассчитано. Ни одно движение каждого сколько-нибудь значительного облака не осталось без присмотра.
Рядом — сообщения о радиации, прямой солнечной и уходящей земной. Ученые знают в точность баланс энергии. И колебания ее в масштабе земного шара перестали быть загадкой.
Долгосрочный прогноз погоды теперь, когда вариации энергии известны, когда начались их регистрация и расчет, стал гораздо легче для синоптиков.
Посмотрим, что делает один из многочисленных спутников службы погоды.
Телекамера показывает земную поверхность серией перекрывающихся снимков. 1300 — 1500 километров — вот «ширина» видения такого спутника. Другая камера одновременно обследует центральные части крупных атмосферных образований с еще большей точностью. Многочисленные приборы инфракрасной техники измеряют всевозможные тепловые процессы — поглощение, излучение, отражение тепловых лучей. Одновременно исследуется и распределение в атмосфере различных газов, плотность их слоев.
Каждый раз, когда спутник проходит над станцией наблюдения, информация передается с магнитной пленки спутника на землю. На экранах телевизоров возникают облака. Фотографии и данные приборов поступают в информационные центры для прогнозирования.
Земной шар покрыт сетью станций наблюдения и оповещения. Ни один ураган, ни один тайфун не скроется от них. Взгляд «сверху вниз» со спутников обнаружит их тотчас же. И если мы пока не умеем ликвидировать эти стихийные явления природы, то предупредить об их появлении загодя сможем наверняка...
Вернемся в 1962 год.
«Спутниковая информация» начинает появляться в вычислительных центрах.
Но что касается прогноза наверняка, то я скажу одно: зайдите через десять лет. Прогноз будет абсолютно точным и безошибочным. Зайдите и проверьте!