Общая_климатологияКн1

ство вещей и находить в них самое важное и простое и способность к абстракции. Естественные науки у них были тесно связаны с философией. В то же время великие философы, например, Пифагор и Платон, видели в математике (и особенно в геометрии) ключ к истинному общему познанию.

Метеорологические наблюдения древних народов и их наследников греков привели их к изучению и физических закономерностей природы. Тепло и холод, свет и тьма, их регулярная смена и взаимная зависимость были первыми физическими понятиями древности. В течение веков физика не была отделена от метеорологии.

Первая книга об атмосферных явлениях была написана одним из самых крупных ученых античной Греции Аристотелем (384– 322 гг. до н.э.) под названием «Метеорологика». Она составляла, как полагал Аристотель, существенную часть общего учения о природе. Он писал в начале книги, что «…остается рассмотреть еще ту часть, которую предшествовавшие авторы называли метеорологией». Отсюда видно, что эта наука получила свое название еще задолго до Аристотеля и что он, вероятно, использовал многие прежние наблюдения, приведя их в систему.

Первая книга «Метеорологики» трактовала явления, происходящих, по мнению автора, в верхних слоях атмосферы (кометы, падающие звезды и другие), а также гидрометеоры. Верхние слои, как полагал Аристотель, являлись сухими и горячими, в отличие от влажных нижних слоев. Вторая книга была посвящена морю, снова ветрам, землетрясениям, молнии и грому. Третья – описывала бури и вихри, а также световые явления в атмосфере. Четвертая книга была посвящена «Теории четырех стихий». Содержание «Метеорологики» показывает, что греки времен Аристотеля были знакомы со многими важнейшими метеорологическими явлениями. Они были столь наблюдательны, что имели ясное представление даже о северных сияниях. Аристотель знал, что град образуется чаще весной, чем летом, и чаще осенью, чем зимой, что, например, в Аравии и Эфиопии дожди выпадают летом, а не зимой (как в Греции), что «молния кажется опережающей гром, потому что зрение опережает слух», что цвета радуги всегда одни и те же что

30

иво внешней, более слабой радуге, они расположены в обратном порядке, что роса образуется при слабом ветре и т. д.

Многочисленные наблюдения древних мореплавателей, землепашцев, охотников за явлениями погоды и поиск в них закономерностей сформировали целый свод народных примет, часть из которых оказывалась достоверной, а часть нет. В некоторых случаях правильно была установлена причинной-следственная связь между явлениями. Например, приметы: «Зацвела фиалка — сей морковь и петрушку», «Если лист берёзы развернётся полностью — можно сажать картофель», являются обоснованными,

так как растения реагируют на изменения температуры, влажности в окружающей среде и ведут себя соответствующим образом: начинают цвести какие-то деревья или же цветок раскрывается и начинает издавать более сильный запах. Другие же приметы связаны со случайными совпадениями или временными закономерностями в конкретном месте пространства. Например: “Гром в сентябре предвещает теплую осень”, “Весной гуси высоко летят – много воды будет”, “Если зимой деревья покрылись инеем – к метели”, “Поздний листопад – к суровой и продолжительной зиме”.

Спадением греческой и римской цивилизаций науку сменила схоластика средних веков, которая наиболее ярко выразилась в астрологии, а в области метеорологии – в астрометеорологии, которая занималась предсказанием погоды по движению планет среди созвездий. Забыты были многочисленные сделанные ранее наблюдения за явлениями природы и научные трактаты греческих

иримских ученых. В эпоху раннего средневековья были забыты и творения Аристотеля. Они остались жить на Востоке в переводах на арабский язык и лишь значительно позднее через посредство арабов вернулись в Европу. Самым печальным для судеб цивилизации оказалось то, что был отвергнут научный метод, основанный на наблюдении явлений природы и на попытках их правильного истолкования.

Сэпохи Возрождения в XVI–XVII вв. наука как бы начала создаваться заново, и ученые пытались охватить своими исследованиями разные области природы одновременно. Так, Леонардо да Винчи был не только великим художником, механиком и инженером, он был конструктором ряда физических приборов, одним из

31

основателей атмосферной оптики, и то, что он написал о дальности видимости окрашенных объектов, сохраняет свой интерес до сих пор. Паскаль был философ, провозгласивший, что мысль человека позволит ему покорить могучие силы природы, выдающийся математик и создатель гидростатики, он первым доказал экспериментально убывание атмосферного давления с высотой. Декарт и Локк, Ньютон и Лейбниц – великие умы XVII в., прославившиеся своими философскими и математическими исследованиями – внесли большие вклады в физику, в частности, в науку об атмосфере, которая тогда почти не отделялась от физики.

Колыбелью Возрождения стала Италия, где жил и творил Галилей и его ученики Торричелли, Маджиотти и Нарди, Вивиани и Кастелли. Другие страны тоже внесли большой вклад в метеорологию того времени; достаточно вспомнить Ф. Бэкона, Э. Мариотта, Р. Бойля, Хр. Гюйгенса, О. Герике и целый ряд других выдающихся мыслителей (рис. 1.2).

Леонардо да Винчи	Блез Паскаль	Галилео Галилей	Френсис Бэкон
(1452–1519)	(1623–1662)	(1564–1642)	(1561–1626)

Рис. 1.2. Выдающиеся ученые эпохи Возрождения

Основоположник нового научного метода Френсис Бэкон (1561–1626 гг.) был родоначальником английского материализма и всей опытной науки нашего времени. Бэкон провозгласил, что науку поведет вперед союз опыта и рассудка, очищающего опыт и извлекающего из него законы природы и истолковывающий их. Именно такой экспериментальный подход характерен для современной науки, обязательным условием полученных результатов которой является их воспроизводимость, т. е. любой исследователь

32

может повторить опыт и должен получить такой же результат. В схоластике же важны были только рассуждения, основанные на догме, и не обязательность их опытной проверки. В «Новом Органоне» Бэкона есть даже описание термометра, что дало повод считать Бэкона изобретателем этого прибора. Перу Бэкона принадлежали и соображения об общей системе ветров земного шара, но они не нашли отзыва в творениях авторов XVII–XVIII вв., также писавших на ту же тему и поэтому Ф. Бэкон больше воспринимается как философ материализма, чем естествоиспытатель.

Для экспериментальной науки первой половины XVII в., в том числе и для метеорологии, больше всего сделал Галилео Галилей. То, что он дал метеорологии, прежде казалось второстепенным по сравнению, например, с вкладом Торричелли в эту науку. Теперь мы знаем, однако, что кроме высказанного им впервые представления о весе и давлении воздуха, Галилею принадлежит идея первых метеорологических приборов – термометра, барометра, дождемера. Создание их заложило фундамент всей современной метеорологии. Изобретение термоскопа (трубка с нагреваемым припаянным шариком в сосуде с водой) и первое количественное измерение температуры осуществлено Галилеем в 1597 г., а первое зарегистрированное метеонаблюдение относится к 1607 г. В 1700 г. термоскоп был преобразован в современный вид термометра, а в 1714 г. голландский ученый Д. Фаренгейт сделал собственный термометр с ртутным наполнением и определил его шкалу, на которой температура тела человека была 96 градусов, температура кипения воды – 212 градусов, а нулевое значение соответствовало температуре смеси льда и поваренной соли. Идея создания барометра, предложенная Галилеем, была реализована только спустя годы в 1643 г. его учениками Эванджелисто Торричелли и Винченцо Вивиани и прибор получил название «трубка Торричелли».

Первая сеть метеорологических станций была создана в Италии в 1654 г. сразу после изобретения ртутного барометра, т. к. ученые понимали, что для предсказания погоды наблюдений в одном пункте недостаточно. Области пониженного и повышенного давления, с которыми связана погода, имеют очень большие размеры и перемещаются в соответствии с определенными законами. Для того чтобы лучше понимать сущность этих законов, нужно

33

научиться наблюдать погоду сразу на большом пространстве - строить карты погоды. Герцог Тосканский поручил Флорентийской академии заняться этим вопросом, и его секретарь иезуит Антинори с 1654 г. сумел организовать наблюдения на девяти станциях Европы (в основном это были итальянские станции), самая далекая из них находилась в Варшаве. Организованная Антинори сеть станций работала до 1667 г., когда была закрыта и Академия.

Впервой половине XVIII века начались наблюдения при университетах в немногих пунктах Европы, а также в морских плаваниях.

Вэто же время возникли на их основе первые метеорологические теории.

Создание первых метеорологических приборов и начало количественных наблюдений за метеорологическими явлениями отметили собой новый период развития науки в XVIII в. В этом и последующем столетиях были сделаны два важных шага к созданию современной системы метеорологии и климатологии: были получены первые метеорологические ряды наблюдений во многих местах Европы и Америки и сделаны первые удачные опыты устройства сети метеорологических станций в современном понимании. Наиболее ранние дождемерные наблюдения были организованы во Франции. Э. Мариотт в своем «Трактате о движении вод», вышедшем в 1686 г., выступил с инфильтрационной теорией грунтовых вод, подкрепляя свои доводы уже количественными дождемерными наблюдениями. Наиболее продолжительный ряд наблюдений за осадками был начат в 1688 г. в Париже Седило, а затем продолжен Лагиром, ведшим их непрерывно до 1717 г. Наблюдения были начаты в связи с «необходимостью обеспечить питание версальских водоемов». Во второй половине XVIII века была организована по частной инициативе международная сеть метеорологических станций в Европе (свыше 30 станций), функционировавшая 12 лет. Ее наблюдения были опубликованы и стимулировали дальнейшее развитие метеорологических исследований.

Вразвитии метеорологии в XVII в. большую роль сыграло Лондонское Королевское общество, в особенности Гук, Бойль и другие его члены. Гуком была составлена специальная инструкция для метеорологических наблюдений. Первая систематическая се-

34

рия таких наблюдений была сделана философом Локком, начиная с июня 1666 г. до декабря 1692 г., вначале в Оксфорде, затем в Лондоне и в Отсе. Примерно в это же время наблюдения за атмосферным давлением с помощью барометра послужили Бойлю основанием для его некоторых соображений о связи погоды с высотой барометра.

Таким образом, в конце XVII начале XVIII были заложены базовые основы многолетних инструментальных наблюдений, которые являются в наше время, как основой климатических обобщений и обработки, так и экспериментальной базой для оценки современных изменений климата. Примеры таких наиболее продолжительных климатических рядов наблюдений за температурой воздуха и осадками приведены на рис. 1.3.

Развитие климатологии в России

Регулярные наблюдения за погодой первым попытался установить царь Алексей Михайлович. По его повелению из Европы привезли астрономические инструменты и метеорологические приборы, в том числе изобретение Эванджелиста Торричелли, ученика Галилея — барометр. Однако назначенный царем вести записи о погоде Афанасий Матюшкин, сын дьяка, инструментами не пользовался и фиксировал в «Дневальных записках» в основном собственные наблюдения: когда начался дождь, когда закончился, когда замерзла Москва-река, когда вскрылся лед. Первые регулярные сведения о погоде сохранились в делах приказа тайных дел и составлялись по показаниям стражи, наряжавшейся на караул в Кремль, и носили описательный характер, например: «Декабрь. Сегодня день был дурен, а вечер тёпл, как в сентябре».

Более или менее подробные записи о погоде были начаты в 1722 г. в Петербурге вице-адмиралом К. Крюйсом по личному приказу Петра I. С 1 декабря 1725 г. Ф.Х. Майер, Г.В. Крафт и другие приступили к инструментальным метеонаблюдениям за давлением, температурой воздуха, скоростью и направлением ветра, облачностью и другими атмосферными процессами и явлениями.

35

Тгод	12
	11
	10
	9
	8
	7
	6
	1700	1800	1900	2000

Tгод	13
	12
	11
	10
	9
	8
	1750	1850	1950

1000
год	900
P
	800
	700
	600
	500
	400
	300
	1690	1790	1890	1990
Рис. 1.3. Наиболее продолжительные ряды наблюдений за (сверху вниз):

-среднегодовой температурой воздуха на метеостанции Билт (Нидерланды) с 1706 г.;

-среднегодовой температурой воздуха на метеостанции Париж с1757 г.;

-суммами годовых осадков на метеостанции Кью Гарденс (Великобритания) с 1697 г.

36

Первый, очень короткий ряд, метеорологических наблюдений в России был получен в С.-Петербурге английским пастором Томасом Консеттом (с 24/XII 1724 г. до 23/VI 1725 г.). Метеорологические наблюдения в России начались, по словам первого их историка, К.С. Веселовского, около средины XVIII столетия: для Петербурга правильные наблюдения над температурой воздуха имеются с 1743 г., над осадками – с 1741 г., а над вскрытием промерзания Невы – они восходят к 1706 г. Академиком И.А. Эйлером опубликованы первые метеорологические сводки за 1769-92 гг.

В 1725 г. Петр I собственноручно написал предписание Витусу Берингу построить на Камчатке суда, плыть на них на север вдоль земли и „искать, где оная сошлась с Америкой". Этот вопрос интересовал Петра с точки зрения возможности найти путь через Ледовитый океан в Китай и Индию. Две экспедиции Беринга, продолжавшиеся с 1725 г. по 1743г., ознаменованы рядом крупнейших открытий и научных исследований, давших богатый географический, картографический и гидрографический материал (рис. 1.4). В числе участников этих экспедиций были естествоиспытатель Гмелин и астроном Делиль (рис. 1.5). Они в период Великой Северной Экспедиции организовали метеорологические станции в Казани (1733 г.), Екатеринбурге (1934 г.), Тобольске, Ямышеве, Енисейске, Томске, Туруханске, Иркутске, Якутске, Селенгинском, Нерчинске, Аргунских серебряных копях. Ряды наблюдений на этих станциях, хотя и не были непрерывными со времени их организации, все же являются одними из наиболее длинных рядов наблюдений и еще в XVIII в. позволили получить представление о климате громадной территории, совершенно до тех пор неисследованной. Наблюдения велись по инструкции, которая устанавливала их сроки, а также метеорологические элементы и явления, подлежащие наблюдению. Наблюдения производились до 1749 г., и материалы многих из них напечатаны Академией наук. Первые метеорологические наблюдения во многих различных и порой глухих уголках Европейской России, проведенные в 1731–1780 гг., связаны также с именем военного врача Иоганна Лерхе.

37

Рис. 1.4. Маршруты двух экспедиций В.Беринга (1725–29 гг., 1733–42 гг.)

Но подобные наиболее ранние наблюдения были немногочисленны и неравномерно распределены по России, будучи приурочены или к крупным центрам как Петербург, Москва, или относились к нескольким пунктам Финляндии и Сибири, и производились они по неодинаковым методам и очень разнообразными инструментами. Скоро, однако, ученые стали понимать, что для развития метеорологии и климатологии существенно важным является сопоставление данных о погоде различных пунктов между собой. М.В. Ломоносов еще в 1759 г. предлагал свой проект более правильной постановки метеорологических наблюдений: “А особливо, когда б в различных частях света и в разных государствах, те, кои мореплаванием пользуются, учредили самопишущие метеорологические обсерватории, к коих расположению и учреждению с разными новыми инструментами имеют новую идею”.

К середине XVIII столетия Ломоносов уже считал метеорологию самостоятельной наукой, главной задачей которой было "предзнание погоды". Он сам создал первую теорию атмосферного электричества, разрабатывал метеорологические приборы, высказал ряд важных соображений о климате и о возможности научного предсказания погоды.

В этот же период в Европе было организовано по частной инициативе Маннгеймское метеорологическое общество, которое

38

создало на добровольной основе сеть из 39 метеорологических станций (в том числе три в России: Санкт-Петербург, Москва, Пышменский завод), укомплектованных единообразными и проградуированными приборами. Сеть функционировала 12 лет.

Таким образом, к концу XVIII в. существовавшее с древних времен представление о разнообразии климатов земли было подкреплено рядами инструментальных наблюдений, совершенно ясно определились важнейшие общие причины существования различных климатов, а также наметились и некоторые проблемы практической климатологии. Все это сформировало идею о необходимости создания сети наблюдений на метеорологических станциях для параллельных измерений и сравнения результатов в разных точках пространства.

Иоган Георг Гмелин	Жозеф Никола Девиль	Михаил Васильевич Ломоносов
(1709–1755)	(1688–1768)	(1711–1765)

Рис. 1.5. Ученые, внесшие вклад в метеорологию России в XVIII веке

В 1804 г. было обнародовано правительственное распоряжение о производстве метеорологических наблюдений при всех учебных заведениях России; однако распоряжение не было приведено в исполнение, а если где наблюдения и начались, то они не были ни обработаны, ни напечатаны. В России в самом начале XIX в. передовые ученые пришли к мысли о необходимости организации центрального метеорологического учреждения. В 1810 г. основатель Харьковского университета В.Н. Каразин изложил в докладе Московскому обществу любителей естествознания идею о

39