В течение полустолетия, отделяющего нас от Первого международного полярного года, исследование полярных стран значительно подвинулось вперед. Вместе с тем, с развитием метеорологии, вполне ясно выявилась та большая роль, которую играют обе полярные области в общей циркуляции атмосферы. Наглядное представление о роли полярных областей в движении воздуха на земном шаре может дать следующий простой опыт.
Если мы возьмем продолговатый стеклянный ящик и подставим под один его конец сосуд с горячей водой, а под другой конец положим кусок льда, то воздух в ящике начнет циркулировать, как показано стрелками на чертеже 2. Движение воздуха в ящике можно сделать видимым для глаза, если наполнить ящик дымом. Левую часть ящика, где воздух нагревается,
можно отождествить с экваториальной зоной земного шара, а правую, где воздух охлаждается,— с полярной зоной. Из схемы, изображенной на рисунке и относящейся только к одному полушарию, видно, что обе полярные области являются важнейшими частями атмосферной машины.
Если бы на земном шаре условия были так же просты, как в нашем опыте, то мы имели бы на экваторе, где нагретый воздух поднимается вверх, относительно низкое давление воздуха (т. е. здесь располагался бы так называемый барометрический минимум), а около полюса, где воздух охлаждается и опускается, — относительно высокое давление (барометрический максимум). На самом деле циркуляция воздуха на земном шаре происходит гораздо сложнее, чем показывает наш опыт, потому что на движение воздуха влияет целый ряд привходящих факторов, из которых важнейшие— вращение земли и неравномерное распределение суши и моря. Вследствие вращения земли происходит накопление воздуха в субтропиках (примерно, в широте 35°), где атмосферное давление увеличивается и образуется так называемый «затропический барометрический максимум». Если мы изобразим распределение давления воздуха на разрезе от экваторачерез северный полюс к экватору в виде кривой, то получим линию изображенную на чертеже 3.
Мы видим из чертежа, что в северном полушарии высокое давление воздуха господствует над полюсом и несколько севернее тропиков, тогда как между этими барометрическими максимумами, в умеренных широтах, располагается область низкого давления. Эти три барометрические области
являются основными моментами, определяющими циркуляцию атмосферы в наших умеренных шпротах. Область высокого давления над полюсом впоследствии получила название «полярной шапки холодного воздуха» или просто «полярной шапки».
Три указанных выше барометрических пояса не представляют собой постоянного явления, итак отчетливо, как это изображает кривая чертежа 3, выявляются лишь в средних величинах давления за продолжительный период времени. Если же мы будем рассматривать распределение давления и обусловленное им движение воздуха на земном шаре в какой-либо определенный момент, то увидим картину гораздо более сложную. Схема циркуляции воздуха между полярной областью и субтропиками представлена на чертеже 4. [прим.: Эта схема, данная австралийским метеорологом Кидсоном, относится к южному полушарию, где, вследствие сравнительно малых пространств суши, циркуляция атмосферы происходит с большей правильностью, чем в северном полушарии. Существенное различие между циркуляцией воздуха в обоих полушариях состоит в том, что в южном полушарии воздух, двигаясь от области высокого давления к области низкого давления, отклоняется влево, тогда как в северном полушарии он отклоняется вправо.]
На рисунке кружки с буквой «В» обозначают области высокого давления (антициклоны), а кружки с буквой Н — области низкого давления (циклоны). Мы видим, что область низкого давления умеренных широт, так же как область высокого давления в субтропиках, не представляет собой сплошных поясов, концентрически расположенных вокруг полюса, а состоит из целого ряда отдельных циклонов и антициклонов. Затропический барометрический максимум представлен схематически, в виде четырех относительно больших областей высокого давления, а пояс
низкого давления в умеренных широтах рисуется в виде небольших циклонов, часть которых вклинивается между антициклонами субтропического максимума. Вызванное таким распределением давление воздуха вблизи земной поверхности также показано на рисунке, при чем потоки теплого воздуха обозначены штриховкой, а потоки холодного воздуха, исходящие из «полярной шапки»,—пунктиром.
Из приведенной схемы видно, что движение воздуха на земном шаре между тропиками и полюсом (а этим движением определяется погода в наших широтах) сводится как бы к борьбе между теплыми и холодными потоками. Но нужно иметь в виду, что представленная на рисунке циркуляция воздуха является только схемой, в действительности же движение воздуха происходит более разнообразно, при чем оно сохраняет, однако, основные, зафиксированные на рисунке черты. Чрезвычайно усложняет всю картину движения воздуха то обстоятельство, что показанные на рисунке области высокого и низкого давления не являются неподвижными, а все время меняют свое место, в связи с чем холодные и теплые потоки воздуха проходят то над одной местностью, то над другой.
Читатель может видеть теперь, что движение воздуха на земном шаре есть явление весьма сложное. На анализе этого явления основываются предсказания погоды, которые в настоящее время еще далеко несовершенны, и именно по той причине, что сложные пути движения воздуха нами еще недостаточно изучены. Желая сделать научное предсказание погоды на короткий срок вперед, мы прежде всего должны иметь пред собой картину движения различных потоков воздуха, притом на весьма большом пространстве. Беспрерывная слежка за воздушными потоками и за перемещением циклонов и антициклонов позволяет нам предвидеть погоду. Чем полнее будет картина динамического состояния атмосферы, тем удачнее будут и предсказания. Читатель уже видел, что холодные потоки зарождаются в полярной области, поэтому знание того, что происходит в атмосфере в полярной области, является весьма существенным при предсказании погоды. Это значение полярной области наглядно подчеркивается следующим чертежом (черт. 5), на котором изображена «полярная шапка» северного полушария в приатлантической ее части. На рисунке хорошо видны длинные языки, которые отходят от «полярной шапки» и внедряются далеко в область теплого воздуха. Эти языки и представляют собой потоки холодного полярного воздуха. Рассматривая рисунок, нужно помнить, что такие языки появляются то в одном, то в другом месте, вытягиваясь и втягиваясь на подобие щупалец. Сама шапка полярного воздуха также движется то в одну, то в другую сторону и вместе с тем то набухает, то сокращается. Граница между холодным полярным воздухом и теплым воздухом южного происхождения, отчетливо видная на нашем рисунке, носит в метеорологии название «полярного фронта». Положение полярного фронта тоже непрерывно меняется, и слежка за его перемещениями составляет одну из главных задач метеоролога, занимающегося предсказанием погоды на день или на несколько дней вперед.
Потоки холодного воздуха, берущие свое начало в полярной области, бывают иногда весьма мощными, и случается, что они достигают даже тропиков. Такие мощные потоки, существующие в течение более или менее продолжительного времени, известны под названием «волн холода». Продвижение типичной волны холода, наблюдавшейся в июне 1910 года, показано на чертеже 6. На нем линиями соединены все те места, где резкое понижение температуры воздуха наблюдалось в один и тот же день.
Цифры, стоящие у концов линий, обозначают число месяца. Мы видим из рисунка, что впервые волна холода появилась на материке 4 июня, на северо-востоке европейской части СССР. Отсюда она двигалась приблизительно на юго-восток. 5 июня волна холода подошла к Оби, 10 июня она достигла Байкала, а 14 июня была уже у южной оконечности Кореи. 15 июня она затухла в Желтом море. Таким образом, эта волна холода в течение одиннадцати дней прокатилась через всю Азию, покрыв более 6 тысяч километров. Такие волны составляют явление далеко нередкое. Место зарождения рассмотренной волны холода остается неизвестным, за почти полным отсутствием в 1910 году метеорологических станций в полярной области. Вероятнее всего она появилась в районе севернойГренландии. Из этого примера читатель может видеть, что, если бы полярная область была освещена метеорологическими станциями, мы могли бы предвидеть появление волны холода на материке.
Вытекание из полярной области масс холодного воздуха связано с передвижением областей высокого давления (антициклонов). Антициклоны полярного происхождения были изучены советским метеорологом Б. П. Мультановским, который показал, что они имеют тенденцию двигаться по излюбленным путям. Такие пути Мультановский назвал «полярными осями» — если они идут с северо-запада на юго-восток, и «ультраполярными осями» — если они идут с севера на юг или с северо востока на юго-запад. Полярные и ультраполярные оси Мультановского показаны на чертеже 7. Дальнейшее изучение антициклонов полярного происхождения привело Мультановского к чрезвычайно важному выводу, что движение их по определенной оси является довольно надежным признаком, по которому можно судить о предстоящей погоде на сравнительно большое время вперед. Так называемые «долгосрочные предсказания погоды», дающиеся Центральным бюро погоды СССР, основываются на методе Мультановского. Значение таких долгосрочных прогнозов погоды для экономической жизни страны огромно, так как они в большой степени облегчают правильное планирование хозяйства. Целый ряд других научных исследований, произведенных различными учеными, подтвердил тесную связь, существующую между погодой в умеренной климатической зоне и состоянием атмосферы в полярной области, при чем во многих случаях оказалось возможным по условиям в полярной области иметь суждение о предстоящей погоде на территории СССР. Так, например, удалось установить зависимость между состоянием атмосферы в приатлантической части Арктики зимой и количеством осадков в последующую весну в центральном и юго-восточном районах европейской части Союза. Эта связь позволяет нам довольно надежно предвидеть весенние засухи, которые так гибельно влияют на урожай хлебов. Не подлежит сомнению, что при дальнейшем, более полном изучении Арктики в метеорологическом отношении, число таких практических очень важных связей между погодой в полярной области и погодой в умеренных широтах значительно увеличится и самые связи будут изучены лучше, чем это возможно в настоящее время. Вследствие недостаточного числа станций, имеющихся в Арктике, исследователи обратили свое внимание на южную границу полярных льдов и пытались выяснить, не существует ли связи между колебаниями в положении этой границы и состоянием погоды в Европе, в частности в СССР. Эти исследования привели к интересным выводам, которые открывают довольно широкие перспективы в деле предвидения погоды на долгий срок вперед. Так, например, оказалось, что температура воздуха зимой в Ленинграде до известной степени определяется состоянием льдов в Гренландском море в предшествовавшую весну. Дальнейшее изучение этой зависимости, на основании более полных наблюдений, повидимому, даст нам возможность иметь некоторое суждение о температурных условиях зимой в Ленинграде за восемь месяцев вперед.
Отметим еще, что в последнее время были предприняты исследовании с целью выяснить, не существует ли связи между состоянием атмосферы в Арктике и Антарктике. Хотя наблюдений для Антарктики имеется очень мало, однако результаты этих исследований все же дают некоторые указания на то, что обе полярные части атмосферной машины работают «в такт», что и следовало ожидать. При этом отклонения от нормального хода ощущаются на антарктической атмосферной машине, как более мощной, раньше, чем они обнаруживаются в работе арктической машины. Следовательно, и изучение атмосферы в столь далекой от нас Антарктике может также оказаться существенным для предсказания погоды в северном полушарии.
Так как удачные предсказания погоды, даже на небольшой срок вперед, сберегают государству очень большие средства, то понятно стремление метеорологических учреждений всех стран умеренного пояса по возможности расширить сеть метеорологических станций в сторону полярной области. До изобретения радио полярные станции не могли приносить непосредственную пользу в текущей работе по предсказанию погоды, в настоящее же время радиоволны дают нам возможность получать точные сведения о состоянии погоды на полярной станции через какие-нибудь два-три часа после того, как там были сделаны наблюдения. Поэтому естественно, что, после изобретения радио в Арктике одна за другой появляются метеорологические станции п вместе с тем оживилась вся деятельность человека в полярной области. Первая метеорологическая полярная радиостанция была установлена на Шпицбергене в 1912 году. Эта станция является уже постоянной, в отличие от временной станции, действовавшей здесь в течение Первого международного полярного года. На острове Ян-Майене, где австрийцы в 1882/1883 году содержали метеорологически станцию, норвежцы также устроили теперь постоянную станцию, снабженную радиотелеграфом. Больше всего метеорологических станций устроено в Гренландско-скандинавском и в Советском секторах Арктики. В 1882 году Русское географическое общество, как мы видели, снарядило экспедицию на Новую Землю, чтобы в течение одного года производить там метеорологические наблюдения. Эта экспедиция в то время была большим делом, заслуженно привлекавшим к себе внимание. Теперь же мы имеем на Новой Земле три постоянные станции, из которых одна по объему своих работ приравнивается к обсерватории. Мы установили постоянные метеорологические станции на всех наших крайних форпостах в Арктике: на острове Врангеля, на Ново-Сибирских островах и на Земле Франца-Иосифа. Последняя станция, расположенная в северной широте 80°20' является в настоящее время самой северной метеорологической станцией в мире. Наконец, экспедицией Арктического института в 1930 г. на Северную Землю заложено основание постоянной станции и на этой отдаленной и совсем еще не исследованной полярной земле, о существовании которой человек узнал только девятнадцать лет тому назад. Мы имеем сейчас на территории Союза ССР семнадцать постоянных метеорологических станций в Арктике (не считая станций на Мурмане и в горле Белого моря), тогда как в течение Первого международного полярного года здесь действовали только две, да и то только как временные.
