vitkvv2017

Categories:

Как отец и сын помогли создать прогноз погоды таким, каким мы его знаем сегодня

В процессе составления синоптической карты (1922 год)

Большинство из нас считают само собой разумеющимся то, что мы можем узнать погоду (на завтра или даже несколько дней/недель вперёд) в любой точке мира тогда, когда этого пожелаем. Чаще всего погоду нам представляют на картах, которые показывают её изменения в виде «армий», сталкивающихся друг с другом в воздухе: треугольники для холодных фронтов, полукруги для тёплых и сочетание треугольников и полукругов для фронтов окклюзии (когда холодный фронт «догоняет» тёплый фронт и сливается с ним). 

Так было не всегда. Самый первый комитет, созданный с целью сбора и преобразования погодных данных – Институт Франклина в Филадельфии – был образован в 1831 году, однако все карты, производимые его сотрудниками, отображали метеорологические явления, которые уже произошли. Предсказание погоды по-прежнему основывалось на народных приметах. В середине 1840-х годов недавно избранный секретарь Смитсоновского института выразил своё недовольство отсутствием прогресса в метеорологии. Он заявил, что новая программа должна быть нацелена на «решение проблемы американских штормов».

Всё изменилось в конце 1800-х – начале 1900-х годов, в немалой степени благодаря работе норвежских геофизиков Вильгельма и Якоба Бьеркнесов (отца и сына). Бьеркнесы посвятили свои жизни тому, чтобы разобраться в особенностях нашей атмосферы. Они помогли создать метеорологические модели в том виде, в котором мы знаем их сегодня.

Портрет Вильгельма Бьеркнеса

Якоб Бьеркнес и будущее прогноза погоды родились в один год. В тот год (1897-й) отец Якоба, Вильгельм, совершил выдающийся прорыв: он придумал теорему, которая описывала движение вихря в неоднородной жидкости (подобно взаимодействию воздушных масс в атмосфере). Вильгельм был уверен, что его расчёты могут послужить основой для разработки столь необходимого прогноза погоды. В 1902 году он писал: «Цель моей работы состоит в том, чтобы получить возможность на основе имеющихся данных предсказывать динамические изменения, происходящие в атмосфере».

Вильгельм Бьеркнес верил, что применение его теоремы по отношению к процессам движения, происходящим в океане и атмосфере, позволит предсказывать погоду, которую он считал проблемой математической физики. В то время данная концепция была революционной.

В 1913 году Вильгельм стал директором нового института геофизики при Лейпцигском университете в Германии. Здесь он оказался в окружении талантливых студентов; одним из них был Вагн Вальфрид Экман, который впоследствии станет известным благодаря своей одноимённой теории, описывающей воздействие ветра на циркуляцию водных потоков (данная идея пришла к нему как озарение во время званого ужина). В 1915 году к группе талантливых студентов присоединился сын Вильгельма, Якоб, которого все почему-то называли Джеком.

Это было непростое время для исследований Бьеркнеса. В июле 1914 года Австро-Венгрия объявила войну Сербии. Через несколько дней в конфликт вмешалась Германия, начав Первую мировую войну. Большинство студентов и сотрудников Лейпцигского университета были призваны на службу в армию. Прогресс, который наблюдался в области метеорологии, застопорился. Ещё до войны Метеобюро США начало выпускать первые ежедневные научные карты, отображающие погоду в мире, однако спустя семь месяцев программу пришлось приостановить, поскольку военные события прервали телеграфные передачи в Европу. Для Вильгельма это был большой удар. Несколькими годами ранее он предложил составлять графики, объединяющие результаты погодных наблюдений и вычислений и позволяющие учёным получать карты в определённой последовательности. В письме, адресованном Институту Карнеги (от 1914 года), который выступал одним из спонсоров его исследований, он взволнованно писал: «Я надеюсь, что самая бессмысленная и жестокая из всех войн не разрушит то, над чем я так упорно работаю...».

Однако это было только начало любопытного переплетения военных событий с работой Бьеркнеса, а именно развитием самого прогноза погоды.

Внетропический циклон недалеко от северо-востока Соединённых Штатов (2014 год). Бергенская школа разработала норвежскую модель циклона вскоре после окончания Первой мировой войны.

В 1916 году в битве при Вердене был убит один из студентов-аспирантов Вильгельма, Герберт Петцольд, который занимался исследованием движения в атмосфере «линий конвергенции», или отдельных воздушных масс. Джек решил продолжить работу Петцольда, несмотря на то, что отец считал его «слишком молодым и неопытным для такого рода деятельности». Вскоре после этого Джек опубликовал свою первую научную статью. В ней он утверждал, что протяжённость линий ветра, которые, как правило, движутся на восток и каким-то образом связаны с облаками и осадками, может достигать нескольких тысяч километров.

В 1917 году боевые действия в Германии заставили Бьеркнесов бежать на родину. «Я возвращаюсь в Норвегию, но не на летний период, а навсегда», – написал торжественно Вильгельм. Там он стал профессором новообразованного Института геофизики при Бергенском музее и основал школу погодного анализа, которая позднее стала известна как Бергенская школа.

Лабораторией школы стало норвежское побережье: путём переговоров с правительством Вильгельм добился увеличения числа метеорологических станций на юге почти в десять раз. В качестве синоптиков он назначил Джека и двух своих студентов. Война резко ограничила поставки продовольствия, и голодная зима 1916-1917 годов вошла в историю как «брюквенная». Теперь Вильгельм хотел научиться предсказывать погоду не только ради науки, но и в практических целях, а именно «для содействия производству хлебопродуктов».

Огромное количество сведений о погоде, которые получали Бьеркнесы, позволило Джеку продолжить отслеживание линий конвергенции и совершенствование своей теории. Осенью 1918 года он сделал удивительное открытие: линии конвергенции были связаны с циклонами (вихревыми движениями воздуха, имеющими низкое давление в центре). Джек опубликовал результаты своих наблюдений в 1919 году. Тогда он ещё не знал, что ему удалось определить одну из наиболее характерных особенностей метеорологических карт и прогноза погоды. Эту особенность впоследствии свяжут с войной и назовут «фронтом» из-за её сходства с линиями наступающих войск.

Изображение из сборника по метеорологии (1951 год), показывающее активность фронтов, исходя из модели Бьеркнеса

Бергенская школа продолжила разрабатывать теории Джека, используя методы математического анализа и данные, предоставленные метеорологическими станциями. Её целью было революционизировать погодные карты, а также найти отличия между линиями конвергенции, которые впоследствии станут известными как «холодные фронты», «тёплые фронты» и «фронты окклюзии». Другой член Бергенской школы, Тор Бержерон, предложил использовать специальные символы, которые в настоящее время применяют для обозначения различных типов фронтов.

К концу войны Бергенская школа разработала реалистичные структурные модели и описала особенности таких природных явлений, как штормы: каким образом они формируются, движутся, активизируются и рассеиваются (Норвежская модель циклона). Этот жизненный цикл тесно связан с прогнозом погоды. Бергенская школа стремилась убрать субъективность из метеорологии и превратить её в науку.

Символ, обозначающий холодный фронт

Пути Джека и Вильгельма как физиков разошлись в начале 1920-х годов, несмотря на то, что их научные цели оставались едиными. Джек Бьеркнес возглавил Метеобюро западной Норвегии (1920-1931 года). Вильгельм в 1926 году стал профессором Университета Осло. После выхода на пенсию он продолжил заниматься научной деятельностью до самой смерти (1951 год). После ухода с должности главы Метеобюро Джек последовал по стопам отца. Он стал преподавателем метеорологии в Бергенском музее.

1920-е годы были временем интересных открытий в метеорологии. Развитие радиотехнологий сделало возможной более быструю и детализированную передачу информации о погоде. К 1922 году на территории 35 американских штатов действовали 98 метеостанций, которые передавали сообщения о погоде, а также свои прогнозы и рекомендации. Тот год также стал началом обмена метеорологическими наблюдениями между США и Францией, где с вершины Эйфелевой башни велась передача информации другим европейским службам. С 1924 года начали ежедневно выходить погодные карты для Северного полюса и большей части Северного полушария.

Однако в скором времени разразилась Вторая мировая война, которая внесла свои коррективы в работу Бьеркнеса. В июле 1939 года Джек и его семья – жена Хедвиг Бортен и двое детей – отправились в лекционное турне по Соединённым Штатам. Поездка должна была продлиться восемь месяцев. Однако в апреле 1940 года нацистская Германия вторглась в Норвегию. Норвежская метеослужба практически сразу же была вынуждена прекратить свою работу. Из-за сложившихся обстоятельств семье Бьеркнеса пришлось остаться в Америке.

Метеоролог, находящийся на борту авианосца, отслеживает активность штормового фронта на метеорологической карте (1985 год)

Эмигрант (а впоследствии гражданин) Бьеркнес был ценным человеком. Руководство ВВС США нуждалось в точной информации о погоде для успешного передвижения войск, поэтому оно обратилось к Джеку с просьбой возглавить новую школу подготовки офицеров-метеорологов. Джек выбрал для своей школы кампус Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Кафедра метеорологии, которая развивалась стремительными темпами под его чутким руководством, вскоре превратилась в один из ведущих мировых центров атмосферных наук.

Между тем, модель, разработанная Бергенской школой, наконец, начала распространяться повсеместно – во многом благодаря войне. В 1942 году руководство армии США приступило к созданию службы по сбору и распространению метеорологических данных (впоследствии она объединится с Аналитическим центром Бюро погоды, ВМС и ВВС). В конце 1942 года она начнёт проводить первые официальные анализы фронтов на поверхности карт, используя норвежскую модель циклона.

В следующие десятилетия метеорологическая наука значительно продвинулась, поэтому Джек Бьеркнес решил посвятить себя исследованию других вопросов, связанных с нашей атмосферой. Так, он стал первым человеком, которому удалось определить, что Эль-Ниньо (явление, ранее считавшееся характерным только для Перу) на самом деле было результатом глобального колебания и имело значительное влияние на весь мир. После смерти Джека в 1975 году биограф Арнт Элиассен написал, что «в отличие от других учёных, Бьеркнес сумел создать порядок и систему, как казалось, в беспорядочной атмосфере».

Несмотря на то, что наше более глубокое понимание процессов, происходящих в атмосфере, наряду с продвинутыми технологиями вроде спутникового наблюдения, значительно модернизировало метеорологические карты, созданные ранее, теория, которая лежит в основе всех современных прогнозов погоды, осталась прежней. И речь идёт именно о норвежской модели циклона, которая обязана своим существованием Джеку и Вильгельму Бьеркнесам.

Материал подготовлен специально для читателей моего блога Muz4in.Net - по статье с сайта atlasobscura.com

promo vitkvv2017 february 29, 13:37 12
Buy for 10 tokens
wwportal.com ...Целый век с четвертью пресловутая тайна "Марии Целесты" будоражила умы и сердца миллионов, и даже миллиардов людей во всем мире. С тех пор, как специальная комиссия по расследованию загадочного дела об исчезновении всей команды этого парусника в 1872 году…

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded