Синоптическая метеорология

Синоптическая метеорология (от греч. synoptikós — способный всё обозреть), раздел метеорологии, изучающий атмосферные процессы, определяющие условия погоды и их изменения с целью разработки методов прогноза погоды. С. м. изучает те атмосферные процессы, которые развиваются на обширных территориях и по масштабам относятся к звеньям общей циркуляции атмосферы (циркуляционные системы). Исследования этих процессов опираются на физические законы, определяющие изменения свойств воздуха и его движение; при этом учитываются широта места, с которой связано количество притекающей солнечной энергии, а также характер и свойства подстилающей поверхности (суша, характер её рельефа, море), реализующей эту энергию. Между подстилающей поверхностью и атмосферой существует непрерывный обмен теплом, влагой и примесями разного рода. В различных областях Земли под влиянием теплообмена с земной поверхностью формируются воздушные массы тропосферы с разными свойствами; пограничные зоны между ними при определённых условиях превращаются в резкие атмосферные фронты (см. Фронты атмосферные). На этих фронтах возникают атмосферные волны с длинами в сотни и тысячи км (см. Волны в атмосфере), которые в дальнейшем развиваются в вихри с пониженным и повышенным атмосферным давлением — циклоны и антициклоны. Возникновение, развитие и перемещение циклонов и антициклонов, или т. н. циклоническая деятельность, определяет собой изменения в распределении воздушных масс и трансформацию последних, а тем самым и перемещение и эволюцию фронтов. Вместе с циклонами, антициклонами, воздушными массами и фронтами перемещаются связанные с ними области облаков и осадков и происходят локальные (местные) изменения ветра, температуры и влажности воздуха и других свойств атмосферы. Т. о., прогноз циклонической деятельности, определяющей непрерывные изменения в характере общей циркуляции атмосферы и в распределении погоды, открыл путь к прогнозу погоды, по крайней мере на период до нескольких суток; изучение последовательной смены типов общей циркуляции атмосферы лежит в основе большинства современных попыток решения задачи и долгосрочных прогнозов погоды. Рабочий метод С. м. — одновременный пространственный анализ развития атмосферных процессов и связанных с ним условий погоды при помощи синоптических карт, или карт погоды, которые подразделяются на приземные (по наблюдениям у поверхности Земли) и высотные (для разных уровней в атмосфере). Представление о состоянии атмосферы на различных высотах (главным образом о распределении давления, температуры и влажности воздуха, а также ветра) получают с помощью карт барической топографии (см. Топографии барической метод). Карты погоды позволяют установить структуру, эволюцию и движение воздушных масс, атмосферных фронтов, циклонов, антициклонов, струйных течений и других образований.

Помимо карт погоды, в синоптическом анализе используются и другие материалы: фотографии облачности, получаемые при телевизионной съёмке Земли с метеорологических спутников, данные наблюдений за облаками, осадками и другими явлениями погоды с помощью метеорологических радиолокаторов и т. п. На основе закономерностей, выявленных при изучении всего этого эмпирического материала, на базе гидродинамической теории, преимущественно численными методами, даются прогнозы погоды.

История развития С. м. Первые попытки предвидения погоды, основанные на местных признаках, относятся к глубокой древности. После изобретения в 17 в. барометра делались попытки предсказания погоды по изменению атмосферного давления в данном пункте. Первую попытку построения прогнозных карт предприняла 1826 нем. учёный Г. В. Брандес. Но только изобретение телеграфа создало предпосылки для широкого развития синоптического метода и позволило создать службу погоды. Практическим толчком к этому послужила буря 14 февраля 1854, во время которой в Балаклавской бухте погибло много кораблей англо-французского флота, действовавшего на Чёрном море в период Крымской войны (1853—56). Французский учёный У. Леверье проследил перемещение этой бури в Европе по данным имевшихся наблюдений и пришёл к выводу, что её можно было своевременно предсказать при условии обмена данными наблюдений между разными странами. В Главную физическую обсерваторию в Петербурге метеорологические телеграммы начали поступать в 1856, а в 1872 в России под руководством М. А. Рыкачёва начато издание ежедневного бюллетеня погоды. Первое штормовое предупреждение по Балтийскому морю было дано 10 октября 1874.

Ещё до организации службы погоды Г. В. Дове (1837) в Германии пришёл к выводу, что изменения погоды в умеренных широтах объясняются последовательной сменой полярных и экваториальных потоков воздуха и что все атмосферные движения имеют вихревой характер. В 60-х гг. английский учёный Р. Фицрой, развивая воззрения Дове, доказал, что в атмосфере умеренных широт всегда обнаруживаются перемежающиеся течения полярного и тропического воздуха, на границах между которыми возникают циклоны. Эти взгляды при редкой в то время сети метеорологических станций не могли быть подтверждены и поэтому не получили развития; по этой же причине в последующие годы исследования ограничивались преимущественно изучением особенностей барического поля у земной поверхности.

В 20-е годы 20 в. норвежские учёные В. Бьеркнес, Я. Бьеркнес, Т. Бержерон и другие более точно сформулировали представления о воздушных массах и атмосферных фронтах, предложили схемы эволюции циклонов и антициклонов и развили волновую теорию циклогенеза. Советская школа С. м. создавалась трудами А. И. Аскназия, С. П. Хромова, А. ф. Дюбюка и др.

Дальнейшее развитие С. м. происходило под знаком внедрения в синоптический анализ аэрологических наблюдений, ставших возможными после изобретения радиозонда, первая конструкция которого была предложена П. А. Молчановым. В конце 40 — начале 50-х гг. рост аэрологической сети и увеличение высоты подъёма радиозондов позволили обогатить С. м. новыми представлениями, в частности о струйных течениях. С 50-х гг. также интенсивно развивались методы описания и прогноза атмосферных процессов с помощью составления и численного решения уравнений атмосферной гидротермодинамики. Основополагающее значение для развития численных методов прогноза имели работы сов. учёного И. А. Кибеля и его последователей. Основы численного долгосрочного прогноза погоды были заложены Е. Н. Блиновой. За рубежом в этой области работали К. Росби, норвежский учёный Р. Фьорфорт, американские учёные И. Минц, Дж. Чарни и др.

В 60-е гг. начался новый этап развития С. м. На базе гидродинамической теории и численных методов анализа, прогноза полей давления, температуры и ветра оказалось возможным перейти к рассмотрению атмосферных процессов в целом, в масштабе всей планеты (Дж. Смагоринский и др., США) и численному краткосрочному прогнозу общего характера погоды для больших территорий. Уточнённый локальный прогноз погоды на основе этого общего прогноза по-прежнему требует детального анализа синоптических карт на местах. Международная программа исследования глобальных атмосферных процессов (ПИГАП) предусматривает решение принципиальных вопросов создания надёжного численного метода долгосрочных прогнозов погоды.

Лит.: Хромов С. П., Основы синоптической метеорологии, М., 1948; Кибель И. А., Введение в гидродинамические методы краткосрочного прогноза погоды, М., 1957; Зверев А. С., Синоптическая метеорология, Л., 1968; Монин А. С., Прогноз погоды, как задача физики, М., 1969; Лоренц Э. Н., Природа и теория общей циркуляции атмосферы, пер. с англ., Л., 1970; Марчук Г. И., Численное решение задач динамики атмосферы и океана, Л., 1974.

И. В. Кравченко.