Истоки зарождения метеорологии и её развитие

С момента изобретения первых метеорологических приборов и до современного моделирования климата и поведения атмосферы было пройдено множество этапов, каждый из которых сыграл ключевую и важнейшую роль в становлении науки о погоде.

Инструментальная метеорология является сравнительно молодой наукой, которая возникла вместе с изобретением термометра и барометра в XVII веке. Но ещё задолго до этого, в древних цивилизациях люди проводили наблюдения за погодой и пытались её предсказать. Древние народы наблюдали за погодными явлениями, ветром, облаками – тем, что не требует инструментальных измерений, а также использовали астрономию, философию и мифологию для попыток предсказания погоды и понимания её закономерностей.

Погода в те далёкие времена была для человека в основном враждебной и непонятной. Стихии обожествлялись: первые боги практически всех народов были богами солнца, луны, ветров, морей, грома и молний. Эти боги были капризными, непредсказуемыми, гневливыми, а любые проявления погоды трактовались как знаки божественной воли.

Одни из первых известных наблюдений о погоде, свидетельства которых дошли до нас, отражены в парапегмах – календарях с записями о явлениях погоды, которые выставлялись в общественных местах городов древней Греции. В них отмечались, как правило, исключительные погодные события – туманы, сильные ветры, дожди, шквалы. Они не являлись систематическими дневниками погоды.

Средние века также не внесли большого вклада в развитие метеорологии – в летописях и дневниках историков, путешественников и других лиц отражены в основном нерегулярные качественные наблюдения за погодой.

Эпоха великих открытий (период в истории человечества, начавшийся в XV веке и продолжавшийся до XVII века, в ходе которого европейцы открывали новые земли и морские маршруты в Африку, Америку, Азию и Океанию в поисках новых торговых партнёров и источников товаров) стала моментом рождения метеорологии уже как науки. Важным моментом оказалось развитие научного метода Фрэнсиса Бэкона, родоначальника опытной науки – он обосновал необходимость научной деятельности, в основе которой должны лежать индукция и эксперимент. Бэкон был не только философом, но и сам пытался проводить опыты в сфере метеорологии – в его трудах можно найти описание термометра и соображения об общей системе ветров земного шара.

Но первые попытки создания метеорологических инструментов принадлежат Леону Баттиста Альберти (Leon Battista Alberti). Именно он в 1450 году изобрёл прототип механического анемометра (измерителя ветра) и описал его конструкцию в своём труде «Математические забавы» (лат. Ludi rerum mathematicarum), приложив схематический чертёж. Принцип его действия заключался в отклонении ветром висящей доски. Схожий по своей конструкции анемометр начертил в «Атлантическом кодексе» легендарный Леонардо да Винчи спустя три десятилетия. В самом конце XVI века, примерно в 1597 году, итальянский физик и математик Галилео Галилей разработал термометр для определения изменений температуры воздуха. Этому выдающемуся учёному принадлежит также идея создания первого барометра и дождемера чуть позднее, в первой половине XVII века. Таким образом, создание основных метеорологических приборов стало фундаментом для метеорологии как науки.

После изобретения ряда метеорологических приборов, которые с каждым десятилетием становились всё более точными и разнообразными, следующим большим шагом стало создание наблюдательной сети за погодой в XVII – XIX столетиях. Первые систематические наблюдения за погодой проводились в 1644 – 1645 годах на территории Уилмингтона, штат Делавэр (США). В то время такие наблюдения в основном полагались на то, что мог почувствовать человек на земле, поскольку любое оборудование для наблюдения за погодой все еще находилось в зачаточном состоянии. Позднее, во второй половине XVIII столетия систематические наблюдения уже с использованием инструментальных приспособлений осуществлялись в отдельных районах восточной части США, на территории Великобритании и Российской империи.

В середине XIXвека на территории Европы возникла первая официальная наблюдательная сеть, покрывающая значительную территорию. Поводом для создания такой сети метеостанций стала легендарная и разрушительная для флота армий Балаклавская буря во время Крымской войны. Как оказалось, траекторию бури можно было проследить с помощью синоптических карт и предсказать заранее. Это понимание привело к зарождению службы погоды в Европе, основной задачей которой вначале являлись штормовые оповещения. Практическая польза новой организации вскоре стала очевидна всем, и служба погоды была организована во многих странах мира – наблюдения за погодой стали регулярными и охватили в итоге большую часть земного шара.

Ещё одним важным шагом в становлении современной сети наблюдений явилось развитие зондирования атмосферы. Попытки изучения высоких слоёв атмосферы начали предприниматься во второй половине XIX века. Тогда были изобретены нефоскопы – приспособления, показывающие приблизительную скорость и направления движения облаков. Это давало важную информацию о воздушных течения в свободной атмосфере. Позднее, уже в начале XX века развитие получили шары-пилоты и аэрологические радиозонды, первый из которых был успешно запущен 30 января 1930 года. Важность информации о состоянии атмосферы на высотах привела к развитию в последующие годы радарной, лазерной и спутниковой метеорологии.

На сегодняшний день данные о погоде получают с помощью зондирования атмосферы, спутникового мониторинга, радиолокации, гражданской авиации, морских буёв и т.д. В сборе и обработке данных участвует даже искусственный интеллект и нейросети. Современная система сбора данных настолько расширилась, что наблюдения на метеорологических станциях вносят менее 30% от общего количества данных.

К слову, современные глобальные численные модели, на которых основывается прогноз погоды, усваивают в основном данные спутников, а также данные с кораблей, самолётов и аэрологических зондов. Наблюдения с наземных станций продолжают привлекаться, но уступают по важности другим типам данных: если исключить из моделей спутниковую информацию, то ухудшение качества самого прогноза будет в разы заметнее, чем при исключении наблюдений с метеорологических станций.

Тем не менее, классические наблюдения, которые сегодня представляют собой в большинстве случаев автоматические, высокоточные и сложные комплексы, являются важными для различных задач. Они неоценимы для специализированного метеорологического, климатического анализа, а также для научных исследований. По сути, синергия различных методов наблюдений, включая наземные станции, спутник и другие способы измерений, обеспечивает всеобъемлющую и надёжную основу для метеорологического моделирования и прогнозирования. Каждый компонент играет свою важную роль, в совокупности повышая точность и надёжность прогнозов погоды в современную эпоху.

Подготовил Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, метеоролог.