Задолго до создания интернета земной шар начала опутывать другая «паутина» — сеть метеорологических станций. Каждая метеостанция имела необходимый для наблюдений набор приборов: термометр, барометр, гигрометр для измерения влажности воздуха, флюгер и анемометр, чтобы определять направление и силу ветра.
Первые метеорологические станции появились в середине XVII века в Италии. На каждой станции работал метеоролог. Ежедневно, в строго определённые часы, он снимал показания приборов, определял тип облаков, описывал характер осадков — дождь, снег, град, отмечал такие явления, как туман, гроза, обледенение, и заносил данные в дневник. Курьер — верхом, на санях или в почтовой карете — доставлял собранную информацию в ближайшую обсерваторию. С середины XIX века данные стали передавать по телеграфу.
На основании собранных данных в обсерваториях составляли прогнозы погоды. Впервые это начали делать в начале 1860-х годов во Франции, затем и в других странах. Метеорологи накапливали статистические данные, регистрировали самые жаркие и самые холодные дни, определяли, какое количество осадков выпадает в среднем в разные месяцы года, рисовали розу ветров, показывающую господствующее направление ветра.
Итальянский учёный, ученик Гали-лео Галилея Эванджелиста Торричелли (1608—1647) писал, что мы живём «на дне океана воздуха». И называется этот воздушный океан атмосферой. Кстати, именно Торричелли придумал барометр — устройство для измерения атмосферного давления. Атмосферный воздух нагревается солнцем в разных местах по-разному (сильнее на экваторе, слабее на полюсах). Вода морей и океанов, испаряясь, насыщает его влагой. Холодный воздух вытесняется тёплым, а влажный стремится на место сухого. Из области повышенного давления воздушные массы устремляются в область пониженного давления. Это перемещение воздушных масс и есть ветры, которые, как говорят, «приносят погоду».
Сложнейшие расчёты движения воздуха в атмосфере основываются на уравнениях гидро- и термодинамики. В них учитывается масса параметров, в том числе давление воздуха, его плотность, состав, температура, скорость перемещения и перераспределение тепла. В качестве математического аппарата используются дифференциальные уравнения в частных производных. Чтобы получить достоверное решение, необходимо знать погодные условия на определённой границе (города, области, региона) в определённый момент времени. Результат решения — прогноз погоды на сегодня, на завтра, на месяц вперёд, в зависимости от заложенных в решение параметров. Конечно, такие расчёты подразумевают округление данных, а полученные результаты лежат в некотором интервале достоверности.
Вначале достоверность прогнозов была невелика, поскольку наблюдательные пункты располагались на расстоянии сотен, а то и тысяч километров друг от друга. Со временем редкая сеть метеостанций становилась всё плотнее. Раньше самой высокой точкой измерения силы ветра на море была макушка мачты большого морского парусника. Корабли погоды (научно-исследовательские суда, оборудованные приборами для метеонаблюдений) и теперь бороздят моря и океаны, регулярно собирая и поставляя данные в метеослужбу. Но они — лишь малая часть «сборщиков» данных о погоде по всему миру. Её пополнили морские плавающие буи и метеозонды (воздушные шары и аэростаты), которые измеряют показатели погоды в разных точках океана и на разных высотах в атмосфере и передают их на землю с помощью радиопередатчиков.
Во второй половине ХХ века, а точнее, начиная с 1960-х годов на метеослужбу начали работать спутники погоды. Геостационарные спутники на орбитах высотой около 38—40 тысяч километров обеспечивают постоянное наблюдение за поверхностью планеты. Полярно-орбитальные спутники обращаются вокруг Земли, двигаясь от полюса к полюсу. Они следят за непрерывно меняющейся картиной погоды с высоты 200—300км. Они «видят» циклоны (огромные воздушные вихри с пониженным давлением) и антициклоны (вихри с повышенным давлением), поверхности столкновения их фронтов, где температура меняется скачкообразно, а потому расчёты особенно трудны. Эти же спутники наблюдают за айсбергами, ледяными полярными шапками, дрейфом ледового покрова.
Наземные полярные станции сообщают о состоянии льдов, воздуха, ветра в фокусных точках Земли — вблизи Северного и Южного полюсов. На службу погоды работают и радары — устройства, позволяющие по отражению посланных ими сигналов следить за зонами осадков и грозовых облаков и оценивать скорость их перемещения. Это важно для прогноза неблагоприятных погодных явлений.
Образно говоря, все «сборщики» данных, от затерянной в какой-нибудь глухомани маленькой метеостанции до геостационарного спутника или полярной станции, дают информацию почти обо всех «актёрах» грандиозного спектакля под названием «Погода на Земле», сюжет и характеры героев которого непрерывно меняются.
Теперь данные о погоде, полученные на суше и на море, можно передавать по инстанциям с помощью интернета или по другим телекоммуникационным каналам. Вся информация стекается в региональные центры погоды, оттуда — в национальные и дальше — в международные. Там самые мощные компьютеры обрабатывают колоссальный объём информации и составляют прогнозы погоды для всех регионов планеты. Во главе этой пирамиды стоит Всемирная метеорологическая организация со штаб-квартирой в Женеве (Швейцариия).
В этом году в Гидрометцентре России заработал суперкомпьютерный вычислительный комплекс, в тысячи раз превосходящий по производительности предыдущий, он занимает шестое место в десятке самых мощных вычислительных машин России.
До сих пор главными «сборщиками» данных о погоде остаются метеостанции — автоматические или работающие в ручном режиме, те самые, где метеоролог несколько раз в сутки снимает показания приборов и отправляет их по назначению в высшие инстанции. Чтобы прогнозы были более точными, узлы сетки (метеостанции) в идеале должны быть расположены чуть ли не на каждом квадратном километре. Сегодня же расстояния между станциями составляют десятки и сотни километров, а в Мировом океане, занимающем 2/3поверхности земного шара, сетка метеостанций совсем редкая: точки измерения могут находиться на расстоянии тысяч километров одна от другой.
Сейчас в мире насчитывается около 10 000 метеостанций, из них 8500 располагаются в Северном полушарии; в России их 1600. И данные каждой станции — это один из тех маленьких кирпичиков, из которых складывается общая картина погоды на Земле, поэтому их работа очень важна для повышения точности прогнозов, как краткосрочных, так и среднесрочных и на дальнюю перспективу. Это подтверждает забавная история.
В середине XX века в одном из графств Англии служил метеоролог, старательный и пунктуальный. Но — с кем не бывает! — увлёкся он игрой в футбол и стал по субботам на несколько часов уезжать в соседний город, поручив жене снимать и записывать показания приборов. В одну из суббот жена плохо себя почувствовала, уснула и показания не сняла. Вернувшись, метеоролог рассердился, но решил выкрутиться из положения: взял данные за многие годы в этот день, усреднил их, интерполировал (связал с соседними точками) и отправил куда следует. А в результате был уволен. Оказалось, что именно в те часы, когда жена спала, впервые за время наблюдений за погодой по этому местечку, словно ножом, прошёлся узкий смерч.
Конечно, в наше время во многих местах работают автоматические метеостанции, со временем и их заменят компьютеры с передающими устройствами, но любую технику, независимо от её сложности, и дальше будут обслуживать люди. По большому счёту, наверное, нет у человечества другого более нужного и более мирного общего дела, чем составление прогнозов погоды.
***
В России сеть метеостанций начали создавать в 1725 году по указу Петра Первого. Через сто с лишним лет, в 1834 году, согласно «высочайшему соизволению», имевшему силу закона и подписанному императором Николаем I, в Санкт-Петербурге при Корпусе горных инженеров были учреждены Нормальная обсерватория и ряд её филиалов. С этого времени метеорологическая сеть России начала вести регулярные метеорологические и магнитные наблюдения по единым методикам и программам. Ещё через 15 лет, в 1849-м, была создана специальная Главная физическая обсерватория, «объединившая при посредстве филиалов все физические наблюдения обширной Российской империи».
