Какая завтра погода?

Пожалуй, нет человека, который не задавался бы этим вопросом. С незапамятных времен пытались люди разгадать переменчизый нрав земной атмосферы, подобрать ключи к поведению погоды, научиться ее предсказывать. И все же, как ни обширна сегодня сеть метеостанций, как ми многочислен и разнообразен арсенал точнейших приборов и методов, как ни богат опыт многолетних наблюдений, ошибки в прогнозах, увы, случаются не так уж редко. Между тем, если уверенно предсказывать погоду в масштабе планеты на пять суток вперед, то удалось бы избежать многих бед и несчастий, наиболее эффективно вести сельскохозяйственные работы, во многом облегчить работу моряков и авиаторов. По подсчетам специалистов, человечество только за счет этого могло бы сэкономить не менее 5 миллиардов долларов в год.

Ежедневные изменения погоды зависят от развития и движения атмосферных возмущений - волн и вихрей. Их горизонтальные размеры очень велики: от 500 до 5 тысяч километров. К тому же за сутки эти возмущения ухитряются преодолеть расстояние в сотни и даже тысячи километров. Чтобы уследить за ними, нужно наблюдать за состоянием атмосферы на площади примерно 7-8 тысяч квадратных километров. Прогноз на 3-5 суток требует информации по меньшей мере с целого полушария Земли, а более длительный невозможен без сведений глобального характера. Откуда взять такую информацию, когда огромные пространства Мирового океана и суши малодоступны для метеорологов? Более или менее удовлетворительная сеть станций наземных метеорологических наблюдений существует в Европе, Северной Америке и частично в Азии. Что же касается всего южного полушария, тропических широт, океанов в северном полушарии, то в этих районах трудно даже приблизительно представить себе состояние атмосферы. Можно понять, с какими радужными надеждами и энтузиазмом восприняли метеорологи весть о запуске первого искусственного спутника Земли.

Какая завтра погода?

Очень скоро автоматические разведчики космоса принесли первые неожиданности. Оказалось, что атмосфера простирается на значительно большую высоту, чем предполагали ученые. Ее обнаружили на удалении нескольких тысяч километров от Земли, тогда как прежде считалось, что толщина атмосферы не превосходит сотни километров. Летом 1966 года многие газеты и журналы мира обошел снимок мощного циклона, разыгравшегося в Атлантическом океане вблизи острова Ньюфаундленд. Диаметр косматого вихря, образованного спиралевидными облаками, достигал двух тысяч километров. Этот снимок был сделан с борта советского спутника «Космос-122». Некоторое время спустя «Космос-144» обнаружил, что океан очистился ото льда на всем протяжении от острова Врангеля до Берингова пролива. В итоге навигацию по Северному морскому пути начали на месяц раньше обычного срока.

Надежды метеорологов оправдались. Они поняли: настало время вплотную заняться созданием спутниковой системы метеорологических наблюдений. Сначала в состав системы, получившей название «Метеор», вошли два спутника, потом три, одновременно находящихся в полете на разных орбитах. По сей день система «Метеор» регулярно подновляется: на смену выработавшему свой срок аппарату отправляется на орбиту новый. Уже запущено более тридцати «Метеоров». С их помощью зарегистрированы тысячи циклонов, уточнено положение десятков тысяч атмосферных фронтоз. Они позволили успешно выбирать оптимальные маршруты для судов, бороздящих океаны. В результате удалось сократить в среднем на пять-семь процентов ходовое время. Это принесло значительный экономический эффект, не говоря уже о том, что уберегло многие суда от встреч с разбушевавшейся стихией. Кстати, по данным ЮНЕСКО, ежегодно спутники спасают от катастроф в океанах около 400 кораблей. Если же оценить выигрыш от своевременного оповещения людей с помощью спутников о тайфунах, штормах, наводнениях и других буйствах погоды, то сейчас только в нашей стране он составляет не менее полумиллиарда рублей в год.

Примеры такого рода можно без труда продолжать. Но дело даже не в этих, так сказать, сиюминутных выгодах. Многолетняя эксплуатация метеорологических спутников необычайно обогатила фундаментальные знания об атмосфере, о характере погодообразующих процессов в ней. Прежде всего снимки, регулярно получаемые из космоса, принесли незаменимые сведения о строении облачных систем, об особенностях их изменений, об их связи с теплыми и холодными фронтами, с циклонами и антициклонами, с тропическими ураганами.

...Они бегут, проплывают над нами - кучевые, грозовые, перистые, слоистые - всем привычные, обычные облака. Изредка мы любуемся их фантастической игрой в небе или разглядываем серую пелену, пытаясь найти хотя бы маленький просвет: не улучшится ли завтра погода? На подробные «предсказания погоды» отваживаются многие, но угадывают не чаще, чем ошибаются. Иной раз невзрачное облачко, на которое и внимания-то не обратишь, оказывается вдруг началом бури или урагана, а грозная, черно-синяя гряда клубящихся туч так и проходит стороной, не уронив ни капли дождя. Это, конечно, крайности, но между ними лежат бесчисленные варианты, из которых метеорологам надо выбрать один, чтобы точно предсказать, какая погода будет завтра, через неделю, через месяц.

Многое здесь уже ясно, но много и неизвестного. Таков процесс познания: когда картина в общих чертах усвоена, нужно подробно изучить мельчайшие детали. Тем более что «вечные странники» играют особую роль в жизни нашей планеты. Речь идет о точности долгосрочных прогнозов, о контроле над климатом Земли.

Если не вдаваться в подробности, изменения погоды за долгий срок определяются главным образом тем, как атмосфера получает энергию из окружающей среды в течение этого времени. Источник энергии известен - Солнце. Но ведь оно посылает свои лучи каждую, скажем, весну, в общем-то одинаково. Тогда, спрашивается, почему весны бывают разными? Почему механизм передачи энергии атмосфере дает сбои и приводит год от года к столь неодинаковым результатам? Ответ пока есть один: регулятором изменения атмосферных процессов служат облака. Вот почему именно для наблюдений за ними была создана космическая метеорологическая система «Метеор».

В составе бортовой аппаратуры каждого метеоспутника - две телевизионные камеры. С высоты около 900 километров они регулярно передают на Землю снимки облачного покрова на дневной стороне планеты. Причем поступают они в режиме непосредственной передачи: изображения могут принимать наземные станции, оборудованные несложной аппаратурой и небольшой антенной. Через пять-десять минут после спутника на станции получают снимок облачного покрова и подстилающей поверхности площадью несколько миллионов квадратных километров. Съемка земной поверхности в ночное время проводится с помощью инфракрасной аппаратуры.

Однако метеорологов интересуют не только снимки с изображением облачного покрова на дневной и ночной стороне Земли. На метеоспутниках устанавливают еще и так называемые актинометрические приборы. Они регистрируют солнечную радиацию, отражаемую различными участками земной поверхности и атмосферы, их собственное тепловое излучение. Известен общий приход солнечной энергии иа нашу планету, поэтому можно определить, как говорят ученые, радиационный баланс системы Земля - атмосфера. Этот баланс необходим для составления долгосрочных прогнозов погоды.

Чтобы оперативно принимать и обрабатывать сотни тысяч фотографий, которые одновременно поступают с нескольких спутников, на Земле построили специальные пункты. У нас в стране существует наземный комплекс приема, обработки и распространения метеорологической информации, действуют станции сбора сведений о погоде в разных районах страны. Они оснащены быстродействующими ЭВМ. После обработки информация поступает к потребителям в удобном для них виде. На снимки, переданные спутниками, наносится сетка географических координат. Изображения материков и облаков приведены к одному масштабу, освобождены от перспективных искажений, и потому их легко сравнивать с синоптическими картами. Между прочим, такой анализ стал ежедневным во всех современных метеоцентрах. Данные актинометрической аппаратуры представляют собой цифровые карты с сеткой координат, на которых показаны изолинии. Готовая метеоинформацип используется не только у нас в стране, но и для международного обмена. На основе спутниковой информации уточняются прогнозы погоды иа трое суток вперед.

...Корабль пролетал над восточным побережьем Америки. Внизу Атлантический океан. Он почти весь закрыт облаками. Странно они выглядят отсюда, из космоса. Отличаются от тех, что можно увидеть из иллюминатора воздушного лайнера, летящего на высоте 8-10 тысяч метров. Но чем? Очень хорошо заметно, что облачность неоднородная, явно прослеживается вихревая структура. От центра к приферии вытянулись спиралевидные полосы облаков. «Так это же тропический циклон, - осенило меня. - Ну конечно, в центре зияет небольшое темное пятно - так называемый «глаз бури»...»

В каждом полете космонавты видят подобную картину, а в нынешних многомесячных рейсах и не один раз. И все же проследить из космоса за возникновением и развитием хотя бы одного циклона не удавалось. Именно метеоспутники помогли ученым установить места зарождения тропических циклонов и пути их движения. Выяснилось, например: те из них, что властвуют в Индийском океане, рождаются в трех точках вблизи острова Ява. Теперь собрана и обрабатывается богатая статистика циклонов, их повадки подробно изучены. Эта регулярно получаемая со спутников информация легла в основу созданной службы оповещения о тропических циклонах. Многие ураганы были вначале обнаружены метеоспутниками и лишь потом зарегистрированы наземными станциями предупреждения. Жителям побережий сегодня заранее известно о грозящей опасности. Главное оружие слепой стихии - внезапность - перестало действовать. Этой победой мы, так сказать, обязаны целиком метеоспутникам.

Снимки с «Метеоров» зафиксировали и такое любопытное явление, как сдвоенный циклон. Это, по существу, два циклона, соединенных полосой сплошных облаков. Обнаружили метеорологи на космических снимках и сопутствующие друг другу тайфуны, разделенные почти 1000-километровым расстоянием, О возможности таких явлений в атмосфере раньше лишь' предполагали теоретики. По фотографиям со спутников достоверно выяснили, что некоторые районы в Тихом и Индийском океанах, считавшиеся раньше свободными от тропических циклонов и потому безопасными для мореплавания, в действительности подвержены набегам свирепых ураганов.

Надо сказать, что большинство этих сведений имеют не просто теоретическое значение - они важны для практиков. Ведь морские суда нашей страны бороздят сейчас и те районы Мирового океана, где систематически возникают тропические циклоны и тайфуны. Чтобы обеспечить безопасность и экономическую эффективность этих рейсов, необходимо постоянно следить за атмосферными процессами, например, во всем южном полушарии. Не остаются в стороне от этих забот и космонавты, работающие на орбитальных станциях.

- Погода у нас неважная. Лето проходит, а теплых дней маловато, - посетовал как-то оператор Центра управления в разговоре с экипажем «Салюта-6». - Не вы ли там эксперименты с ней проводите?

- Честное слово, ничего с погодой не делаем, - засмеялся В. Коваленок, - только ведем наблюдения за облачностью... Вы же знаете, у метеорологов есть трудности с прогнозированием, хотим помочь им. Совсем недавно они пообещали, что в Москве будут хорошие дни. Так ведь и случилось. Наверное, мы помогли. Теперь удвоим усилия.

Станция «Салют» и спутник «Метеор» периодически одновременно пролетают над одними и теми же районами планеты и оказываются как бы на одной вертикали. Орбита метеоспутника «повыше». Вот тогда-то космонавты проводят съемку облачного покрова. Сопоставление снимков из космоса, сделанных на разных высотах, с данными, собранными метеорологами на Земле, представляют особую ценность. Они позволили расшифровывать многие сложные процессы в атмосфере, более детально оценивать синоптическую обстановку в этих районах планеты.

Космическая система «Метеор» непрерывно совершенствуется и развивается. По спутниковым данным уже научились определять вертикальный профиль температур, что особенно важно для «охвата» пустынных районов и океанских просторов. Кроме видимого света и инфракрасных лучей, начинают применять и радиоволны, которые способны дать большой объем информации практически при любой погоде. Не будет забыта, по-видимому, и лазерная локация с борта спутника, с помощью которой можно измерять ряд интересных характеристик атмосферы, например ее загрязненность.

В последние годы спутники «Метеор» стали использовать не только в метеорологических целях, но и для исследования природных ресурсов. Таков запущенный 29 июня 1977 года экспериментальный спутник «Метеор-Природа». Он впервые в нашей стране был выведен на новую, так называемую солнечно-синхронную орбиту. В отличие от своих предшественников этот спутник запущен против вращения Земли. Не вдаваясь в астрономические тонкости, отметим, что орбита позволяет ему практически постоянно находиться над освещенной частью Земли. Мало того, над одной и той же географической точкой «Метеор-Природа» каждые сутки появляется приблизительно в одинаковое время. Какие это дает преимущества? Прежде всего значительно возрастает производительность работы спутника. Уже при трехмесячном сроке активного существования она увеличивается вдвое по сравнению с прежним способом вывода в космос.

Далее. Съемка районов, расположенных на одной и той же широте, происходит в одно и то же время суток, значит, при постоянном угле возвышения Солнца над горизонтом. Таким образом, обеспечена постоянная экспозиция, стабильнее и качественнее становятся результаты съемки. А это, в свою очередь, упрощает обработку снимков, облегчает ее автоматизацию. Повторная съемка к тому же дает возможность прослеживать динамику изменений изучаемых объектов. «Метеор-Природа» присылает из космоса изображение земной поверхности в четырех участках спектра, причем в полосе шириной 1800 километров различимы детали размером от 1 километра, а в двух участках шириной 1200 километров - от 250 и 500 метров.

Данные с таких спутников обеспечивают надежную оценку состояния ледового покрова, границы снегов, интенсивность паводков крупных и средних рек, площадь затопляемых участков, очаги пожаров, состояние пастбищ. Пока работа спутника «Метеор-Природа» носит экспериментальный характер, тем не менее уже сейчас получаемая информация передается для практического использования министерствам геологии, сельского хозяйства, мелиорации и водного хозяйства, рыбного хозяйства и другим ведомствам.

Как видите, возможности спутниковых методов наблюдения далеко не исчерпаны и могут дать службе погоды значительно больше, чем сейчас. Метеорологи совместно со специалистами по космической технике намечают планы будущих систем. Они предполагают, в частности, разместить спутники и пилотируемые аппараты вокруг Земли в три этажа. На первом - высотой 200-400 километров - корабли и орбитальные станции. С них удобно следить за быстротечными метеорологическими явлениями - ураганами, пыльными и песчаными бурями, приливами, цунами, обвалами.

Второй этаж составят спутники типа «Метеор» на полярных и приполярных орбитах высотой 1000-1500 километров. Их назначение - поставлять информацию о процессах в атмосфере мелкого и среднего масштаба, но на более значительных территориях. Это необходимо для прогнозирования погоды в глобальных и локальных масштабах.

И наконец, третий этаж - метеорологические спутники на геостационарных орбитах высотой около 36 тысяч километров для непрерывного наблюдения за динамическими процессами в атмосфере. В поле зрения трех «висящих» спутников попадает большая часть земного шара. Правда, с этих аппаратов не «разглядеть» таких мелких деталей, какие удается с аппаратов первого и второго этажей, но у них свои достоинства. Одновременный обзор большого пространства обладает, как говорят метеорологи, синоптическим характером. Если снимки повторять, скажем, через каждые полчаса, то можно считать, что наблюдения идут непрерывно. Ученые получат возможность точнее предсказывать ход событий в атмосфере. И тогда метеорология приблизится к своей заветной цели - управлению погодой.

Когда-нибудь мы перейдем к активным действиям против ураганов, смерчей, тайфунов, которые ежегодно уносят тысячи жизней, уничтожают огромные материальные ценности. После того как ураган родился и двинулся к побережью, бороться с ним практически невозможно, остается лишь подготовиться к его появлению. Но из космоса можно вовремя увидеть, как рождается ураган, и если в этот момент вмешаться, воздействовать на него какими-либо средствами, скажем, химическими, то он так и не появится.

Артиллерийский обстрел туч, несущих в себе град, уже используется во многих странах. Распыление с самолета соответствующих веществ в облаке, чтобы оно пролилось дождем над горящим лесом, тоже находит применение. Конечно, это только первые шаги на пути к управлению стихией, погодой на планете. С Земли, к сожалению, многие образования в атмосфере обнаруживаются слишком поздно. Космонавты и метеоспутники способны увидеть их повсюду, где нет метеостанций, - над океанами и в горах, в пустынях и в тайге. Нелегко даже предположить, где лежат ключи к секретам управления погодой. Одно знаю точно: сегодня нет метеоролога, который не связал бы будущее своей науки с орбитальными станциями и космической службой погоды.

«Свой рабочий день мы обычно начинали с прогноза погоды, - шутят космонавты, трудившиеся на «Салюте-6», - это для тех, кто работает в Центре управления, ну и для друзей в Звездном городке. Теперь на Земле больше верят нам, чем прогнозам радио».

Я думаю, метеорологи не обидятся на эти шутки. Совсем скоро они сумеют точнее космонавтов отвечать на вопрос: «Какая завтра погода?»