Этот незамысловатый стишок порой оказывается необыкновенно мудрым. Он описывает так называемое рассеяние света, или рассеяние Рэлея, когда солнечные лучи встречаются со взвешенными в атмосфере частичками пыли, рассеивающими голубой свет и оставляющими более длинные волны красного света. Ночью небо красное, когда севшее солнце освещает его снизу. Это сулит сухую и теплую погоду и ясное утро. Поскольку погода в Великобританию приходит по большей части с запада, то солнце, видное уже после заката, говорит о том, что с запада не надвигаются облака. «Утром небо красно – пастуху опасно» – эта часть говорит о том, что хорошая погода, или область высокого давления, сейчас находится к востоку, так что есть немалые шансы, что вскоре наступит менее приятная погода.
Облака многое могут рассказать о погоде в ближайшее время. Кольцо вокруг Луны – это удивительным образом отраженный свет, проходящий через тонкий верхний слой перистого облака, состоящий из прозрачных ледяных кристаллов. Это лунное гало образуется благодаря различным хитроумным оптическим явлениям. Такой процесс называется рефракцией: ледяные кристаллы разлагают свет на его составляющие. Все остальные облака заслоняли бы Луну, но перистые могут рассказать о погоде, надвигающейся из местностей за сотни километров от нас. Пелена перистых облаков может затянуть небо, их нижние кромки углубляются, и в итоге начинается дождь.
Если не брать в расчет летние месяцы, когда в средних широтах морозов обычно не бывает, эта пословица чаще всего верна: ясные ночи, как правило, холодные. Днем Солнце обычно нагревает нижние слои атмосферы. Когда ночью этот источник тепла утрачивается, воздух остывает. Однако слой облаков служит хорошей изоляцией: тепло не уходит из нижнего слоя атмосферы. Без облаков же теплый воздух расходится во все стороны и остывает. В зимние и смежные с ними месяцы такое остывание может доходить до 0 °C и ниже, так что чистое небо – четкий признак того, что ночь будет морозной.
Этой пословице сопутствует научное объяснение. Открытие и закрытие сосновых шишек связано с влажностью воздуха. Каждая шишка состоит из чешуек; в сухую погоду эти чешуйки высыхают, шишка становится жесткой и открывается. Тем самым семена в ней становятся доступными для ветра, который может подхватить их и разнести по окрестностям. Влажный воздух оказывает на сосновую шишку противоположное действие: чешуйки впитывают влагу, приобретают эластичность и закрываются, защищая семена в их естественном положении. Таким образом, когда сосновые шишки открываются, жди сухой погоды, а когда закрываются – дождей.
Общая картина атмосферы
Мы, метеорологи, часто склонны дробить погоду и климатические условия по различным регионам – от пустынь и дождевых лесов до средних широт и даже более мелких зон, например, островов и взгорий. Но движение воздуха не признает преград и границ. Даже самые высокие горы не могут полностью воспрепятствовать этому неостановимому потоку.
Масштабная циркуляция воздуха клубится, ныряет, извивается и проносится над землей такими сложными и разнообразными способами, что можно говорить о полной взаимосвязи всех уголков Земли. Эта взаимосвязь между сухостью и влажностью, теплом и холодом оказывается на поверку еще более глубокой: воздух взаимодействует с океанами, он скользит по поверхности, постоянно превращаясь из газа в жидкость и наоборот. Шквальный ветер вызывает движение вод на поверхности, атмосферные вихри проникают в самые темные бездны океанов, а более устойчивые долгосрочные ветры изменяют круговорот воды в океанах не только горизонтально, но и вертикально, что, в свою очередь, приводит и к изменению погоды в этой местности.
Если смотреть сверху, то океаны похожи на непроницаемое стекло, однако постоянное движение воды оказывает невероятное воздействие на атмосферу. Океанская вода путешествует над планетой вдоль и поперек; даже самая холодная вода из антарктических придонных масс порой поднимается кверху, создавая приток самых холодных струй в океане, а впоследствии и в воздухе.
Атмосфера и океан не противостоят друг другу – они гармонично сосуществуют. Воздух быстрее реагирует на изменение климата, вода в океанах запаздывает, но их истории, в конечном счете, переплетаются. Ледниковые периоды, Эль-Ниньо и муссоны обязаны своим развитием и существованием тому и другому. Нельзя рассказывать историю атмосферы, игнорируя историю океанов. Именно здесь, между воздухом и водой, общая картина воздействует на частную, здесь появляются плоды настоящего сотрудничества между океанами и атмосферой.
Как воздух путешествует по миру?
Прежде чем ответить на этот вопрос, важно рассказать кое-что об общих принципах движения воздуха. Во-первых, воздух естественным образом движется из области, где воздуха больше (зона высокого давления), в область, где его меньше (зона низкого давления). Во-вторых, благодаря вращению Земли воздух движется из зон высокого давления к зонам низкого давления не прямо. Это явление известно как сила Кориолиса – так называемая «кажущаяся» сила, связанная с вращением Земли. Она отклоняет потоки воздуха, исходящие из областей высокого давления и направленные в области низкого. Эта сила действует и на те, и на другие области. Направление ее зависит от полушария: в Северном полушарии воздух движется против часовой стрелки вокруг зон низкого давления и по часовой стрелке вокруг зон высокого давления, а в Южном полушарии картина обратная.
Теплый влажный воздух поднимается кверху, и этот процесс продолжается, пока воздух, окружающий этот поток, остается более холодным. В конечном счете происходит столкновения теплых и холодных воздушных масс. Свойства этих масс отличаются: теплый воздух менее плотный, так что при столкновении большая часть теплого воздуха уходит вверх. Это небольшое отклонение в развитии погодных процессов становится нормальной циркуляцией, поскольку сила Кориолиса продолжает оказывать свое влияние.
Со временем восходящий воздух остывает и начинает конденсироваться, образуя облака и дождь. У поверхности этот восходящий воздух замещается, и в результате центростремительного движения окружающего воздуха формируется центр области низкого давления. Это замещение воздуха продолжается, пока восхождение воздуха не прекращается, что, в свою очередь, происходит, когда среда становится однородной (т. е. между слоями воздуха разной высоты нет температурной разницы). Однако в нижней части атмосферы восходящий воздух снижает давление у поверхности, и возникают зоны низкого давления.
Зоны высокого давления содержат больше воздуха, и он движется вниз. Нисходящий воздух не образует облака, но может удерживать уже существующие. В Северном полушарии воздух циркулирует к наружи и по часовой стрелке. Зоны высокого давления подпитывают зоны низкого давления, и воздух естественным образом переходит оттуда, где его больше, туда, где его меньше: это газ, и он ведет себя так же, как и все остальные газы.
Низкое давление может вызывать погодные явления любой силы и величины – от локальных зон низкого давления, где образуются дожди и ветры для небольших районов, до огромных систем вроде циклонов, которые могут распространяться на тысячи километров. Погода, обусловленная высоким давлением, обычно спокойная, тихая и устойчивая. Летом высокое давление сулит теплую хорошую погоду. Зимой, в морозные дни, иногда бывает туман, иногда облака, – но какая бы погода ни установилась в зоне высокого давления, она обычно устанавливается надолго. Высокое давление у земной поверхности кажется бледной тенью низкого, но со временем оно обретает силу. Установившееся высокое давление приводит к прочному установлению погоды: если эта погода туманная, то ухудшается качество воздуха; если ярко светит солнце, то нужно ждать жару и засуху.
Области высокого давления, или антициклоны, как они называются с технической точки зрения, могут быть неустойчивыми или же существовать некоторое время. Зимой воздух чаще опускается вниз, поскольку он плотный и холодный. В течение зимних месяцев, особенно над обширными областями суши, воздух может значительно охлаждаться, потому что для прогрева поверхности не хватает солнечного света. Это может служить причиной образования квазистационарных сезонных областей низкого давления в холодное время года. Именно поэтому температуры в России и Центральной Европе могут опускаться так низко. Порой устойчивые области высокого давления доминируют зимой и в Скандинавии. Когда воздух становится более холодным и плотным, струйные течения начинают его огибать, при этом они часто ослабляются и разрушаются. Воздух остается холодным, так что антициклон, или область высокого давления, не двигается сместа. Это так называемый блокирующий антициклон – устойчиво существующая на одном месте воздушная масса. Блокирующие антициклоны возникают не только зимой и не только над сушей – они могут формироваться в любое время года и над сушей, и над морем. Летом блокирующие антициклоны могут способствовать усилению и распространению жары, что также влияет на жизнь и на суше, и в море. Избыток жары вредит растениям и фауне и может привести к засухе – словом, чрезмерная жара вредна для всех. Зимой блокирующие антициклоны способствуют дальнейшему охлаждению и распространению холодного плотного воздуха, а любая влага превращается в воздухе в снег или лед. Азорский антициклон – это большой полупостоянный антициклон, который возникает и заканчивается в центральной части Северной Атлантики. Иногда Азорский антициклон продолжается так долго, что кажется нескончаемым. Он входит в группу субтропических антициклонов, которые располагаются в районе 30 градусов северной широты. Впрочем, подобный же набор существует и в Южном полушарии.
Однако чрезвычайные погодные условия возникают не только в блокирующих антициклонах. Представьте себе большой камень в ручье: он рассекает поток воды, которому приходится его обтекать. В других случаях камень так велик, что почти полностью останавливает поток – так и области низкого давления отклоняются блокирующим антициклоном. Они проходят по краям антициклона, и такая схема сохраняется на протяжении всего его существования, так что последовательность потоков низкого давления вносит нестабильность в погодные условия того же района. Окружающие блокирующий антициклон области, таким образом, тоже находятся под его влиянием, но при этом устанавливается совершенно иная погода. Если антициклон установился над Великобританией, то зона низкого давления формируется в Атлантике и движется на северо-восток, принося в Исландию дожди и ветры. В Великобритании и в большей части Западной Европы лето 2018 года было очень жарким и сухим из-за области высокого давления, возникшей там в летние месяцы. В то же время в Исландии лето было одним из самых дождливых за всю историю наблюдений, поскольку остров находился практически на линии огня, и депрессия следовала за депрессией, так как зоны низкого давления двигались на периферии зоны высокого давления в том же направлении.
В атмосфере существует два типа блоков: омега-блокирование и расщепляющее блокирование. Оба приводят к наступлению долговременной устойчивой погоды, будь то антициклон или циклон. Первый тип, омега-блокирование, получил название по греческой букве «омега», поскольку его результат напоминает по форме ее заглавную букву «Ω». Зона высокого давления находится под аркой этой «омеги» между довольно стабильными областями низкого давления, которые формируют два более мелких завитка по обе стороны арки. В зоне высокого давления погода сухая и спокойная, но по обе стороны от нее идет проливной дождь, а иногда еще и дуют сильные ветры. Если эти области находятся над сушей, результатом могут стать наводнения и сели.
В мае 2016 года омега-блокирование привело к страшным наводнениям в Западной Европе: рекордные осадки выпали в Иль-де-Франсе (регион Парижа), а Сена частично затопила французскую столицу. Родственен омега-блокированию и второй тип, расщепляющее блокирование. При нем зона высокого давления находится к северу от зоны низкого и рассекает струйное течение верхних слоев, так что обе области остаются на месте, что обеспечивает установление сухой и влажной погоды соответственно.
Что такое Эль-Ниньо?