Изобретатель - природа
Шрифт:
В океанах Южного полушария, а также в Арктике было расставлено более 360 дрейфующих буев, из которых одновременно работало до 206. Эти буи совместно с двумя полярно-орбитальными спутниками образовывали систему для измерения температуры воды и давления на поверхности океана, профиля температуры в атмосфере, а также скорости и направления течений в океане. В экваториальной зоне около 40 научно-исследовательских судов вели наблюдения за ветром и другими метеорологическими и океанографическими величинами. Несколько десятков специально оборудованных пассажирских самолетов измеряли скорость и направление ветра и температуру воздуха по маршруту полета и автоматически передавали эти данные в специальные центры сбора. Были организованы и другие системы наблюдений.
Весь огромный поток метеоинформации практически собирался без потерь благодаря специально созданному плану управления данными. В основном он опирался на метеорологическую глобальную систему телесвязи, но в дополнение
Хотя обработка всей собранной информации еще продолжается и результаты первого глобального эксперимента будут окончательно оценены, вероятно, через несколько лет, уже сейчас можно сказать, что получены важные результаты, в ряде случаев меняющие представления метеорологов о глобальных атмосферных процессах.
До проведения первого глобального эксперимента было общепринято мнение о сравнительно малой изменчивости метеорологических величин в тропической зоне. Считалось также, что в экспериментальном поясе меридиональные движения воздуха малы и поэтому обмен воздушными массами между полушариями не велик, и, следовательно, при математическом моделировании атмосферных движений каждое полушарие можно рассматривать независимо - движения проходят так, как если бы на экваторе существовала стенка, препятствующая доступу воздушных масс из одного полушария в другое. Конечно, это была некоторая идеализация, но считалось, что она близка к действительности из-за малости меридиональных движений. Наблюдения первого глобального эксперимента показали, что воздушные течения в верхней половине тропической атмосферы обладают очень большой изменчивостью, здесь происходит интенсивный обмен воздушными массами через экватор, особенно во время зимы Северного полушария. А это значит, что происходит также интенсивный обмен теплом и влагой. Проведенные численные эксперименты по моделированию атмосферных движений в Северном полушарии совершенно определенно показали, что сходство рассчитанных движений с действительностью существенно ухудшается, если исключить наблюдения Южного полушария, то есть поставить на экваторе стенку. Результаты этих экспериментов с несомненностью свидетельствуют, что численный прогноз погоды по дням на сроки до 10 суток возможен только при условии, если мы будем опираться на глобальные наблюдения за атмосферой.
Впервые за всю историю метеорологии были получены достаточно подробные данные о распределении давления на уровне моря и в свободной атмосфере над океанами Южного полушария в течение годаь, Их анализ позволил установить, что глубокие области низкого давления образуются в умеренных широтах Южного полушария, гораздо севернее Антарктиды. Их смещение позволяет объяснить ранее непонятные внезапные и резкие изменения давления, наблюдавшиеся на некоторых островных станциях Южного полушария. В целом атмосферные движения в умеренных широтах Южного полушария (40-60 градусов ю. ш.) являются более интенсивными, чем предполагалось ранее. Так что "ревущие сороковые" есть следствие этой интенсивной циркуляции атмосферы Южного полушария.
С несомненностью установлено, что атмосферные процессы, происходящие в тропических широтах, влияют на процессы в умеренных и высоких широтах значительно быстрее и значительно более существенно, чем предполагалось ранее. Их влияние обнаруживается уже в пределах 4-5 дней. Это значит, что качество прогнозов на 3-5 дней существенно зависит от наблюдательной системы в тропических широтах, которая в настоящее время требует серьезного улучшения на основе последних достижений науки и техники.
В целом первый глобальный эксперимент убедительно показал, что, если человечество хочет более точно прогнозировать погоду по дням на сроки от 3 до 10 суток, а также месячные и сезонные аномалии погоды, включая засухи и дождливые периоды, ему придется снова построить глобальную систему наблюдений, но теперь уже не временную, а постоянную. Сделать это не так уж трудно, если обратить часть средств, затрачиваемых сейчас во всем мире на вооружение, на построение глобальной системы наблюдений за состоянием атмосферы и океана.
А пока, чтобы пробить брешь в так называемом теоретическом пределе предсказуемости (7-10 дней), по инициативе советских ученых разработана и осуществляется международная научная программа "Разрезы". Работа по этой программе рассчитана до 1990 года.
Известно, что своеобразным накопителем тепла является океан. Океан, как более инерционная, чем атмосфера, среда, медленно накапливает энергию в теплые сезоны года, черпая ее из солнца и атмосферы, а затем, перераспределяя ее в своей среде, постепенно отдает атмосфере в холодный период времени. Программа "Разрезы" предусматривает регулярное слежение за состоянием океана. В комплексных наблюдениях будут участвовать научно-исследовательские суда Госкомгидромета и Академии наук СССР, а также спутники, сообщающие данные о состоянии атмосферы и океана, самолеты-лаборатории,
Научные поиски этой программы будут направлены на подтверждение с помощью численных экспериментов тех взаимосвязей между настоящей и прошлой погодой, которые были найдены эмпирически на основе существующей довольно бедной информации о состоянии океанов, а также гипотезы об определяющей роли состояния океана для погоды континентальных районов Земли.
Недавно на помощь метеорологии пришла бионика. И это закономерно. Во-первых, "метеорология, - как справедливо отметил известный советский ученый, академик Е. Ф. Федоров, - превратилась в столь важную для всех науку, что о ее будущем должны думать и заботиться сейчас не только метеорологи". Во-вторых, когда человек истощает весь запас своей изобретательности, либо когда время торопит его в решении сложных, крупных, жизненно важных проблем, он неминуемо должен обратиться к живой природе за новым вдохновением, за новыми идеями.
В настоящее время бионикам известно более тысячи различных видов животных и растений, способных "прогнозировать" погоду на несколько дней, на месяц, сезон и даже год. Кроты, например, загодя узнают, на сколько разольется река, и свои подземные сооружения воздвигают выше того уровня, до которого в половодье доберется вода. Медведи умудряются еще осенью определить, какая будет весна, и залегают в берлоге на высоких местах, чтобы обильные талые воды не подмочили им бока. Причудливой и закономерной игрой красок на теле, четко, в деталях пророчествует человеку о будущей зиме зловредная личинка майского хруща, которая в земле терзает корни растений. Если личинка совсем белая - следует ждать крепких морозов; когда ее тельце отдает голубизной - это верный признак, что зима будет теплой; а если голубеет лишь задний конец - сильные морозы ударят только в начале зимы. Обильно цветущий терн предсказывает холодную весну, липкий изнутри стебель камыша - долгую и суровую зиму.
Чем же руководствуются живые организмы, предопределяя погоду на различные сроки?
Живая природа миллионы лет отрабатывала и совершествовала свои творения. В течение всего этого времени животные и растения развивались, разнообразились и приспосабливались к всевозможным изменениям окружающей среды. На каждом этапе, при каждом значительном изменении климата природа изменяла прежние решения. В результате естественного отбора безжалостно отвергалось все, что не могло приспособиться к условиям существования. В ходе эволюционного развития под воздействием всякого рода раздражителей (света, звука, обонятельных сигналов, тепла, холода и т. д.) в живых организмах сформировались многие весьма тонкие органы чувств, высокосовершенные механизмы обмена веществ, преобразования энергии, восприятия, переработки и передачи многообразной информации. Эти "биоинженерные системы" природы функционируют очень точно, надежно и экономично, отличаются поразительной целесообразностью и гармоничностью действий, способностью реагировать на ничтожные, едва уловимые изменения многочисленных факторов внешней и внутренней среды, запоминать и учитывать эти изменения, отвечать на них различными приспособительными реакциями. Именно эти высоко чувствительные биометеорологические системы и позволяют животным и растениям с большой точностью прогнозировать погоду.
К сказанному нужно добавить, что в дошедшем до нас русском фольклорном наследстве содержится (если отбросить все вздорное, наносное, что не выдерживает научной критики) не менее 2000 народных метеорологических примет, отражающих показания своеобразных барометров - животных и растений, способных предчувствовать погодные перемены. В них нет фантазии, вымысла, мечты. Выраженные в виде пословиц и поговорок, они издревле на Руси были в ходу во все времена года и являлись подручным средством для распознавания предстоящей погоды на близкие и дальние сроки. Особенно ценными, мудрыми, полезными были "хозяйственные" метеорологические приметы. И нужно отдать должное дальновидности многих русских ученых, которые еще в прошлом веке, по достоинсту оценив непреходящее теоретическое и практическое значение отечественной сокровищницы народных примет для будущей научной метеорологии, призывали своих коллег к самому тщательному изучению русских изречений, касающихся климата и погоды. Вот что, например, писал по этому поводу в 1882 году, более ста лет назад, замечательный знаток сельского хозяйства и крестьянской жизни А. Н. Энгельгардт в своей книге "Из деревни": "Часто, слыша мужицкие поговорки, пословицы, относящиеся до земледелия и скотоводства, я думаю, какой бы великолепный курс агрономии вышел, если бы кто-нибудь, практически изучавший хозяйство, взяв пословицы за тему для глав, написал бы к ним научные физико-физиолого-химические объяснения".