Что такое метеорология?

Каждый день мы смотрим в окно или в погодные приложения, пытаясь понять: начнётся ли к вечеру дождь? Брать ли на работу зонт и на каком транспорте возвращаться домой? Нет ли по городу штормового предупреждения и удастся ли на выходных собраться с друзьями на даче? В куче маленьких и больших повседневных вопросов и в их решении мы опираемся на прогноз погоды. Понимать переменчивое настроение атмосферы и вовремя реагировать на него помогает наука метеорология. Но дело в том, что влияние метеорологии и метеорологов простирается сильно дальше, ведь погода и климат затрагивают практически все сферы человеческой жизни. Чем именно занимаются метеорологи и почему людям так важна их работа — читайте в нашей статье.

Чтобы не пропустить новые статьи в нашем блоге, подписывайтесь на телеграм-канал Яндекс Погоды.

Подписаться здесь

Что за наука метеорология?

Метеорология — это наука об атмосфере Земли, о её строении, составе, свойствах и физических процессах, таких как тепло- и влагообмен, перемещение воздушных масс, образование облаков, осадков, ветра и других погодных явлений. Она занимается изучением природных закономерностей, формирующих погоду и климат, и составляет научную основу для прогнозирования атмосферных условий.

Слово «метеорология» происходит от древнегреческих metéōros («парящий в воздухе») и logos («учение»), что в совокупности буквально означает «учение о парящих в воздухе вещах». Несмотря на поэтичное происхождение термина, современная метеорология — это фундаментальная и прикладная дисциплина, основанная на точных измерениях, математическом моделировании и использовании достижений сразу нескольких наук.

Во-первых, метеорология входит в состав атмосферных наук — широкого научного направления, которое включает также климатологию (науку о климате и его изменениях) и аэрономию (раздел физики, изучающий верхние слои атмосферы). Но в отличие от них, метеорология сосредоточена на наблюдении и анализе самого нижнего слоя — тропосферы, находящейся в первых 25–30 километрах от поверхности Земли. Тропосферу ещё называют «кухней погоды», потому что именно в ней формируются практически все погодные явления, влияющие на нашу жизнь.

Во-вторых, метеорология тесно связана с физикой, химией, географией, экологией, биологией, информатикой, математикой, аналитикой данных и программированием. Это делает её по-настоящему междисциплинарной наукой. В результате атмосфера рассматривается учёными не обособленно, а как часть планетарной системы, взаимодействующей с океанами, сушей и живыми организмами.

Задачи метеорологии

Одна из самых известных и заметных задач метеорологии — это наблюдение за погодой и составление прогнозов. Каждый день метеорологи фиксируют состояние атмосферы: измеряют температуру воздуха, влажность, атмосферное давление, направление и скорость ветра, а также наблюдают за облачностью, осадками и другими явлениями. Эти повсеместные и непрерывные метеорологические наблюдения ведутся на специализированных станциях, с кораблей, самолётов, метеозондов и спутников.

Но метеорология не ограничивается простым сбором данных. Её следующая важная задача — обобщение и анализ материалов наблюдений. Учёные выявляют закономерности, устанавливают причины изменений атмосферных процессов, стремятся понять, как и почему возникают те или иные погодные явления. Это позволяет сформулировать физические законы, управляющие развитием погоды, и использовать их в практических целях.

На основе накопленных знаний метеорологи разрабатывают методы предсказания погоды. Сложные математические модели, компьютерные симуляции и системы обработки больших данных помогают делать прогнозы как на ближайшие часы и дни, так и на более длительные периоды. Эти прогнозы оказываются незаменимыми в повседневной жизни: они помогают обычным людям планировать жизнь, а организациям — свою деятельность.

Особую роль метеорология играет в предупреждении опасных природных явлений. Ураганы, сильные ливни, грозы, метели, наводнения, аномальные холода и волны жары — все эти явления могут угрожать жизням людей и экономике. Своевременные прогнозы помогают оперативным службам и властям принимать меры по защите населения, а гражданам — подготовиться и обезопасить себя.

Также метеорология помогает в изучении климата. Многолетние ряды данных погодных наблюдений позволяют учёным анализировать долгосрочные изменения, выявлять тенденции глобального и регионального потепления, моделировать климат будущего. Эта информация необходима для разработки стратегий адаптации стран, компаний и вообще человечества к актуальным климатическим изменениям.

Наконец, важнейшей задачей метеорологии является обеспечение различных отраслей народного хозяйства информацией о текущем и прогнозируемом состоянии атмосферы. Сельское хозяйство, авиация, транспорт, строительство, энергетика и здравоохранение — все эти сферы в той или иной степени зависят от погодных условий. Оперативная и точная метеорологическая информация помогает минимизировать риски, повысить эффективность работы и обеспечить безопасность.

Таким образом, метеорология — это не только наука о погоде, но и важнейший инструмент, который помогает человеку понимать и предвидеть природные процессы, адаптироваться к ним и защищать себя от их последствий.

Основные направления в метеорологии

Метеорология — это обширная наука, включающая в себя множество специализированных направлений. К общепризнанным можно отнести синоптическую, авиационную, морскую и экологическую метеорологию, агрометеорологию, физическую, динамическую, радиационную и спутниковую метеорологию. Также, как мы уже сказали выше, ближайшими к метеорологии науками о физике атмосферы являются климатология и аэрономия.

Климатология исследует многолетние ряды метеорологических данных, выявляет климатические закономерности и тренды, анализирует изменения климата и моделирует сценарии его будущих трансформаций.

Аэрономия изучает физико-химические процессы в верхних слоях атмосферы — мезосфере, термосфере и ионосфере, где рождаются уникальные явления, связанные с солнечной активностью и космическим излучением (например, полярное сияние).

Синоптическая метеорология изучает крупномасштабные атмосферные процессы вроде циклонов, антициклонов, атмосферных фронтов и других систем, формирующих погодные условия. Она составляет научную основу для краткосрочного и среднесрочного прогнозирования погоды.

Авиационная метеорология обеспечивает метеорологическое сопровождение авиации и является неотъемлемой частью современной индустрии воздушных перевозок. Авиационные метеорологи особое внимание уделяют проблемам видимости, обледенения, грозовой активности, турбулентности и другим метеорологическим факторам, от которых зависит безопасность полётов.

Морская метеорология ориентирована на изучение погодных процессов над морскими и океаническими акваториями. Используется в судоходстве, морской навигации, рыболовстве и управлении прибрежной инфраструктурой.

Агрометеорология изучает влияние погодных и климатических условий на сельское хозяйство, помогает оптимизировать сроки посевов и уборки, управлять ирригацией и предсказывать риски, связанные с засухами, заморозками и градом.

Экологическая метеорология исследует взаимодействие атмосферы с загрязняющими веществами: анализирует распространение выбросов, смогов, пыли и других загрязнений в зависимости от погодных условий, а также их влияние на здоровье и окружающую среду.

Физическая метеорология ориентирована на изучение физических процессов в атмосфере: тепло- и влагообмена, образования облаков и осадков, радиационного баланса и т. д.

Динамическая метеорология рассматривает атмосферу как систему, подчиняющуюся законам механики сплошной среды и гидродинамики, исследует движение воздушных масс, атмосферную циркуляцию и волновые процессы.

Радиационная метеорология специализируется на исследовании солнечного и земного излучений, их взаимодействия с атмосферой и влияния на климатические и погодные процессы.

Спутниковая метеорология анализирует данные с метеорологических спутников для наблюдения за атмосферой, облаками, температурой поверхности, влажностью и другими параметрами на глобальном уровне.

Городская метеорология занимается атмосферными процессами в условиях урбанизации и акцентирует внимание на метеорологических проблемах городов: островах тепла, изменениях циркуляции воздуха, влиянии городской застройки на микроклимат, распространение загрязнений и т. д.

Кроме основных направлений, внутри метеорологии можно выделить несколько дополнительных, немного более практически-прикладных. Например, гидрометеорология исследует взаимосвязь атмосферных процессов с водоёмами, снежным покровом, паводками и речным стоком. Тропическая метеорология специализируется на особенностях атмосферы в экваториальных и тропических широтах, включая муссоны, тропические циклоны (ураганы, тайфуны), зоны конвекции, сезонные осадки, феномены Эль-Ниньо и Ла-Нинья. Арктическая и антарктическая метеорология изучает климат и погодные условия полярных регионов, включая устойчивые инверсии, полярные циклоны, морские льды и взаимодействие атмосферы с криосферой (многолетнемёрзлыми породами и льдами). Биометеорология связана с влиянием атмосферных условий на здоровье человека, животных и растений и пересекается с медициной, ветеринарией, экологией и сельским хозяйством. Историческая метеорология анализирует погодные и климатические условия прошлых эпох на основе летописей, архивов, палеоклиматических данных и других источников. Существует даже криминальная (судебная) метеорология, помогающая в юридических вопросах и уголовных расследованиях! С её помощью можно установить факты, связанные с погодными условиями в конкретное время и в конкретном месте, когда это имеет значение для расследования или судебного процесса.

Все вместе эти направления формируют целостное понимание атмосферы и её влияния на окружающий мир порой в самых неожиданных проявлениях.

Основные термины метеорологии

Метеорология как наука основана на наблюдении и объяснении атмосферных процессов. Чтобы понимать, как формируется погода и меняется климат, важно знать базовые метеорологические термины и явления.

Одним из ключевых процессов в атмосфере является конвекция — вертикальное движение тёплого воздуха вверх. Это движение часто приводит к образованию облаков и развитию грозовой активности. Ему противоположна адвекция — горизонтальное перемещение воздушных масс, переносящее тепло, влагу или загрязняющие вещества из одного региона в другой. В некоторых случаях в атмосфере возникает инверсия — ситуация, при которой тёплый воздух располагается над холодным. Это препятствует вертикальному перемешиванию воздуха и способствует накоплению загрязнений у поверхности Земли.

Большую роль в изменении погоды играют атмосферные фронты — границы между разными воздушными массами. При прохождении холодного фронта происходит резкое похолодание и часто идут осадки. Тёплый фронт, напротив, приносит потепление и облачность. Эти фронты часто связаны с крупными атмосферными образованиями — циклонами и антициклонами. Циклон — это область пониженного давления с восходящими потоками воздуха, обычно сопровождающаяся осадками и ветром. Антициклон — область повышенного давления с нисходящими потоками, приносящая ясную и устойчивую погоду. Подробнее о том, как работают эти атмосферные системы, читайте в нашей статье.

Атмосферные движения бывают как масштабными, так и мелкомасштабными. К последним относится турбулентность — хаотическое, беспорядочное движение воздуха. Турбулентность важна для авиации и учитывается при моделировании атмосферных процессов. Также различают восходящие потоки, возникающие при нагреве земной поверхности, и нисходящие потоки, которые способствуют прояснению и рассеиванию облаков.

Физические превращения воды в атмосфере лежат в основе образования осадков и облаков. Испарение — это переход воды из жидкого состояния в пар, а конденсация — обратный процесс, при котором пар превращается в водяные капли, формируя облака и туман. Кроме того, существуют процессы сублимации (переход льда напрямую в пар) и десублимации (когда водяной пар превращается в лёд без промежуточной фазы — например, при образовании инея).

Погодные и климатические особенности той или иной местности формируются в результате глобальных и региональных движений воздуха, называемых циркуляцией атмосферы. К ней относятся пассаты, муссоны, зональные и меридиональные переносы, а также струйные течения на больших высотах.

Наконец, важную роль в энергетическом балансе атмосферы играет излучение. Это процесс передачи энергии в виде электромагнитных волн. В метеорологии речь идёт о солнечном излучении, получаемым Землёй из космоса, и земном инфракрасном излучении, которое испускает поверхность нашей планеты. Баланс между поглощённой и излучённой энергией называется радиационным балансом и определяет суточные и сезонные колебания температуры.

Эти базовые метеорологические понятия помогают описывать и анализировать погодные процессы, которые мы наблюдаем каждый день.

Как сегодня метеорологи изучают атмосферу?

Современная метеорология опирается на широкий спектр инструментов и технологий, позволяющих глубоко понимать атмосферные процессы и точно прогнозировать погоду.

Одним из главных источников данных остаются наземные метеостанции. Они регулярно фиксируют температуру воздуха, влажность, скорость и направление ветра, атмосферное давление и количество осадков. Эти данные являются основой для краткосрочных прогнозов и долгосрочных наблюдений.

Для охвата больших территорий и наблюдения за крупномасштабными явлениями метеорологи используют спутники. С орбиты они позволяют отслеживать облачность, развитие ураганов, температуру поверхности океанов и распределение водяного пара в атмосфере.

Чтобы узнать, что происходит на разных высотах, в атмосферу запускаются радиозонды. Это небольшие устройства, которые содержат метеорологические приборы и могут подниматься в верхние слои атмосферы при помощи водорода. Они взлетают на десятки километров и передают информацию о температуре, влажности и давлении по вертикальному профилю.

Радары (радиолокаторы) незаменимы для отслеживания перемещений осадков и грозовой активности. Они по сути высокоточно сканируют атмосферу в радиусе 200–300 километров и помогают определять интенсивность дождей, направление движения облаков и вероятность развития опасных погодных явлений.

Более узкоспециализированные приборы, такие как лидары (лазерные локаторы) и содары (акустические локаторы), позволяют исследовать распределение ветра, концентрацию пыли и загрязняющих веществ в воздухе.

Центральное место в современной метеорологии занимают численные модели атмосферы. Это сложные математические симуляции, работающие на суперкомпьютерах. Они обрабатывают огромные массивы данных наблюдений и позволяют строить как краткосрочные, так и долгосрочные прогнозы.

Совокупность этих инструментов и методов даёт метеорологам возможность следить за состоянием атмосферы в реальном времени, понимать причины погодных явлений и заблаговременно предупреждать об опасных изменениях погоды.

Современные технологии в метеорологии

Метеорология бурно развивается благодаря достижениям в вычислительной технике, дистанционном зондировании и телекоммуникациях. Сегодня точность прогнозов значительно выше, чем буквально 20–30 лет назад.

Важнейшее направление — численное моделирование погоды. Суперкомпьютеры обрабатывают огромные массивы метеорологических данных и через большие сложные физические формулы воспроизводят вероятное поведение атмосферы на ближайшие часы, дни и недели в каждой точки планеты. Такие модели учитывают сотни факторов и создают детализированные прогнозы.

Во всём мире, как и в Яндекс Погоде, метеорологические сервисы активно внедряют искусственный интеллект и машинное обучение, которые помогают распознавать неочевидные природные закономерности и повышают точность метеорологических предсказаний. Почитать о том, как Яндекс Погода собирает свой краткосрочный прогноз, можно в другой нашей статье.

Мобильные приложения, «умные» метеостанции и интернет-сервисы делают метеоинформацию доступной каждому — в кармане смартфона или на экране компьютера. Такие технологии позволяют людям своевременно реагировать на погодные изменения и — благодаря высокому разрешению некоторых сервисов — ориентироваться на данные именно для их района или даже микрорайона.

Скажем дружно: очень нужно

Метеорология играет огромную роль в нашей повседневной жизни и в мировой экономике. В авиации она обеспечивает безопасность полётов, в агросекторе — помогает оптимизировать сельскохозяйственные работы и обеспечивает нашу продовольственную безопасность. Метеоданные активно используют в здравоохранении, транспорте, строительстве, спорте, туризме. Даже продажи небольших районных киосков и успешность работы крупных торговых центров зависит от погоды и качества прогноза. Но метеорология — это не просто прогноз температуры и осадков на ближайшие дни. Это точная и многогранная наука, изучающая невероятно сложную и хаотичную природную систему — атмосферу. В эпоху актуальных климатических изменений и учащающихся погодных аномалий метеорология становится как никогда актуальной и превращается в одну из ключевых наук современности.