Анатолий Витальевич Дьяков (1911—1985) — советский астро-метеоролог. Родился 7 ноября 1911 года в селе Онуфриевка Кировоградской области. В 1933 году окончил Одесский университет. В 1934 году работал в Московском университете. В 1935 году — начальник метеорологической обсерватории в Темиртау (посёлок) имени Камилла Фламмариона. Исследовал влияние Солнца на погоду на Земле. Умер в 1985 году. Анатолий Дьяков предсказал ураган Инес (Hurricane Inez) в 1966 году, о чём уведомил Фиделя Кастро в телеграмме. Благодаря предупреждению сотни кораблей были выведены из опасного района. Предсказал засуху — засуха в СССР 1972 года[источник не указан 126 дней]. Предсказал заморозки во Франции. Делал доклад на всесоюзной конференции по астрономии на французском языке. Награждён Орденом Трудового Красного знамени за успехи, достигнутые в увеличении производства зерна. В настоящее время метеорологическая лаборатория Дьякова разрушена, а его методика и научные труды почти полностью утеряны. Но не все… Выкладываю последнюю статью Анатолия Витальевича Дьякова, напечатанную им перед смертью в журнале "Земля Кузнецкая".
А.В.Дьяков "Аномалии погоды"
14 марта 2012 — sibroy
А. В. Дьяков АНОМАЛИИ ПОГОДЫ
Пути их предвидения на длительные сроки (Гелио-метеостанция Горной Шории, Западная Сибирь, СССР).
Всякое значительное отклонение любого физического процесса или значения физической величины от их средних значений, считаемых нормальными, принято называть аномалией.
Погодой в метеорологии (науке об атмосфере) называют совокупность физических процессов, связанных с перемещениями околоземной поверхности потоков воздуха в течение небольших промежутков времени (нескольких суток), движущихся под воздействием энергии Солнца, поступающей от него самого непосредственно и через подстилающую поверхность.
Физические характеристики таких потоков: температура, давление, скорость и направление, содержание водяного пара,— называют обычно метеорологическими элементами. Отсюда, проще можно определить погоду также как совокупность метеорологических элементов в течение небольшого промежутка времени. Если составлять по закону больших чисел (теореме теории вероятности) средние арифметические значения метеорологических элементов за более длительные сроки (сутки, месяцы, годы)то мы получим характеристики процессов погоды как бы в состоянии своеобразного динамического равновесия.
Систему таких взаимосвязанных характеристик физических процессов в атмосфере, обусловленных преобразованиями энергии Солнца в энергию движения масс воздуха, осредненных за длительные промежутки времени (несколько десятилетий), называют климатом данной местности, так как процессы погоды протекают по-разному в каждом физико-географическом положении.
Таким образом, всякая аномалия погоды связана с более или менее резкими нарушениями в движениях масс воздуха — их отклонениями от тех средних значений, которые принимают за нормальные. Когда возникает аномалия погоды, метеорологические элементы — при своих изменениях — резко отклоняются от таких, какие содержатся в данных о климате местности. Исследование физических причин возникновения аномалии погоды в целях их предвидения составляет основную проблему метеорологии, связанную с долгосрочным прогнозом погоды, а также с проблемой колебаний климата.
Основные перемещения воздушных масс в земной атмосфере возникают по причине неравномерного распределения тепла на земной поверхности в горизонтальном и вертикальном направлениях — возникновения разности давления воздуха. Дело в том, что наш земной шар при движении в космическом пространстве вокруг солнца сохраняет наклон оси вращения по отношению к плоскости своей орбиты — 66,5°, очень мало изменяющийся в течение целых тысячелетий. По этой причине, в течение того периода времени, когда Земля описывает свой путь вокруг Солнца (год), только тропические ее области, заключенные между параллелями: 0±23,5°, получают устойчивое, мало изменяющееся количество тепла от Солнца, так как там Солнце всегда поднимается высоко над горизонтом. Полярные области: 90± 23,5° — оказываются попеременно, в течение целого полугодия, лишенными или вовсе (около полюсов), или па длительное время (несколько месяцев), солнечного тепла. В этих областях, как показали наблюдения, климат настолько суров, что средние температуры воздуха даже летом на севере не поднимаются выше 0°, а вблизи южного полюса сохраняется около -40°С. В зимнее время года вблизи Северного полюса температура удерживается около -40°, а на Южном достигает -85°.
Это происходит по той причине, что в полярных областях Солнце не поднимается никогда над горизонтом выше 23,5°, а при косом падении количество тепла от Солнца распределяется на очень большой площади и эффект нагревания ее не достигает того значения, когда лучи падают под большим углом к горизонту. Кроме того, при низкой высоте Солнца над горизонтом его лучи пересекают более толстый слой земной атмосферы и испытывают в значительной степени поглощение, теряя свою интенсивность. Таким образом, оказывается, что притропические зоны нашей планеты, в которых располагаются Индия, Южный Китай, Вьетнам, Пакистан, страны Южной и Центральной Америки, а также страны Африки, являются нагревателями а приполюсные зоны — Арктика и Антарктика — играют роль холодильников. Наличие таких постоянно существующих разностей температуры воздуха порождает в атмосфере Земли состояние неустойчивого равновесия — непрерывного стремления воздушных масс к обмену между высокими и низкими широтами, или, как принято говорить, к циркуляции (по-русски, круговращению).
Воздух приэкваториальных областей, постоянно нагретых Солнцем, расширяется, делается легче, поднимается вверх и, достигая значительных высот (9—10 тысяч метров), оттекает в обоих полушариях к северу и к югу, по направлению к полюсам — под действием высотной области высокого давления, образующейся над экваториальными областями планеты. Но по причине вращения Земли, на которой любое движущееся тело отклоняется поворотной силой Кориолиса — в северном полушарии вправо, а в южном влево, потоки воздуха, текущие из приэкваториальных широт к полюсам, отклоняются на восток. Воздушные массы этих потоков, достигнув примерно сороковых широт, охлаждаются, стремясь опускаться все ниже и отсюда испытывая непрерывно отклонение, в северном полушарии вправо, а в южном — влево, вовлекаются в такой тип вращательного вихревого движения, который принято называть антициклоническим.
Антициклон — это вихрь растекания, в котором воздух опускается вниз и расходится во все стороны от какой-либо области повышенного давления. В зонах около 40° северных и южных широт существуют поэтому постоянные антициклонические области, от которых воздух растекается во все стороны. В умеренных зонах — между широтами 40° и 67,5° поэтому существуют очень устойчивые потоки воздуха западно-восточных направлений. Их называют антипассатами. Они достигают высот более 10 тысяч метров.
Из антициклонических зон близ тропиков воздух оттекает также и к экватору, где давление атмосферы понижено благодаря восходящим токам нагретого воздуха. Поэтому в зонах тропиков, примерно ±7,25° от экватора, существуют постоянные потоки воздуха — северо-восточные в северном полушарии и юго-восточные в южном. Это пассаты. Восточную составляющую эти потоки получают также по причине отклоняющего воздействия поворотного ускорения Кориолиса, появляющегося из-за вращения Земли.
Итак, оказывается, что на земле существует непрерывно поддерживаемый притоком солнечного тепла обмен воздухом между тропической и экваториальной зонами планеты. Этот обмен получил название пассатной циркуляции.
На основе самого общего физического закона, согласно которому всякая материальная система стремится к минимуму потенциальной энергии, тяжелый и плотный воздух полярных шапок нашей планеты,— в Арктике и Антарктике— непрерывно опускаясь, стремится стекать в более низкие широты. Если бы Земля не вращалась, то потоки этого воздуха, двигаясь вдоль меридианов, достигли бы экваториальных зон. Но, по причине вращения Земли, эти потоки поворотным ускорением Кориолиса также отклоняются в северном полушарии вправо, а в южном—влево, т. е. в итоге на запад, а так как в высоких широтах значение ускорения Кориолиса особенно велико (пропорционально синусу широты) и примерно на 80—90 процентов больше, чем в тропических широтах, воздушные массы редко опускаются южнее 70°, а вообще текут в виде северо-восточных арктических потоков северного полушария и юго-восточных потоков антарктической полярной шапки. Нетрудно видеть теперь, что направления антипассатных потоков, которые текут с запада на восток в зоне севернее 40° (в северном полушарии) и арктических потоков, текущих в обратном направлении, взаимно противоположны. Точно такое же соотношение существует в южном полушарии где направление юго-восточных антарктических потоков взаимно противоположно направлению северо-западного антипассата Южного полушария.
Из результатов исследований закономерностей динамики атмосферы, проведенных в течение последних двух столетий оказалось, что в зонах между противоположными потоками воздуха с различными физическими свойствами возникает неустойчивое состояние, которое приводит на вращающейся земле к возникновению вихревого, вращательного движения, вокруг некоторого центра с подъемом вверх: вращение происходит в северном полушарии обратно движению часовой стрелки, в южном — по ее движению. Такая система потоков воздуха, по инициативе английского метеоролога Паддингтона, работавшего в Индии, в Калькутте, в тридцатых и сороковых годах прошлого столетия, получила наименование циклона. (В переводе с греческого слово «циклон» означает — «извивы змеи». Существует рассказ, что Паддингтону этот термин пришел на ум, когда он наблюдал бой кобры с мангустой). Впоследствии из трудов многих метеорологов — Р. Фиц-Роя, Г. Дове, Рётфильда и других, — оказалось, что циклонические вихри возникают в атмосфере по преимуществу в тех зонах, где встречаются потоки воздуха с контрастными физическими свойствами противоположных направлений: северная Европа, северные штаты США, север Западной Сибири западные берега Африки, Восточная и Южная Азия. Весь пояс вдоль сороковых широт южного полушария – «ревущие сороковые»: берега Антарктиды, юг Австралии, юг Африки (мыс Бурь).
Оказалось, что энергия циклонов прямо пропорциональна разности температур встречающихся потоков воздуха (по теореме Зильборштейна-Бьоркнесса). В тоже время было найдено, что эта энергия зависит еще и от других факторов, таких, как влагосодержание воздуха и скорость движения его в верхних слоях атмосферы над зоной циклонообразования (высотные течения). Но наиболее важной ролью циклонов оказалась та, что они обеспечивают обмен воздухом между тропической и полярной зонами планеты, являясь своего рода звеньями или «колесами», входящими в общую систему циркуляции всей атмосферы — пассатную и внетропическую.
Кроме описанной большой циркуляции воздуха на земном шаре имеют место так называемые сезонные, или муссонные циркуляции, или обмены воздухом между материками и океанами, возникающие вследствие периодически меняющихся перепадов давления. В зимнее время северного полушария, при максимальной степени охлаждения, внутри Азиатского континента и на территории Канады, в Северной Америке, накапливается значительное количество холодного тяжелого воздуха (температура около -30°- -40°); основная причина этого — значительно меньшая теплоемкость суши по сравнению с теплоемкостью воды (в несколько раз). По этой причине из-за накопления над охлажденной сушей холодного воздуха давление атмосферы над этими континентами становится более высоким ( на10—20 миллибар), чем над океаном, и воздух стремится перетекать в сторону последних. В Восточной Азии, на ее берегах, в зимнее время года поэтому господствуют холодные северо-восточные ветры с материка. В Южной Азии (на полуостровах Индостан и Индокитай) эти ветры дуют в основном с севера, из Тибета и Афганистана — отсюда на этих территориях устанавливается сухая, малооблачная погода, так как зимой внутри Азии в холодных массах развивается сильная антициклоническая циркуляция, способствующая удалению воздуха от состояния насыщения (с опусканием его к земной поверхности).
Летом наблюдаются противоположные явления. Над всем Азиатским континентом (а также в Северной Америке) суша весьма сильно нагревается (температура около +40°) и давление воздуха над ней становится значительно ниже, чем над соседними океанами (на 10—20 миллибар). В Евразии зона наибольшего падения давления располагается, как правило, над территорией Афганистана, в Северной Америке — над штатом Техас и Мексикой. В результате происходит перетекание воздуха с океана на континенты, где на их берегах устанавливается весьма дождливая погода, которая длится до тех пор, пока не наступит выравнивание разностей давления: океан—континент (обычно в октябре). Зона воздействия такого теплового потока — муссона (слово это арабского происхождения, означает «меняющийся со временем года») — простирается на берегах Тихого океана на 1—2 тысячи километров внутрь континента. В Индии же юго-западный муссон с океана (Бенгальского залива) упирается в широтные барьеры мощных хребтов: Гималаев и Гиндукуша высотой свыше 8,5 тысячи метров и обычно не переваливает через них.
Из трудов выдающегося русского климатолога А.И. Воейкова, произведенных около ста лет назад, выяснилось, что эффекты муссонной циркуляции необходимо связаны с проявлениями большой пассатной циркуляции. Так, А.И. Воейков установил, что холодный зимний муссон из Азиатского континента достигает Индонезии и северных берегов Австралии, пересекая экватор и вовлекаясь в систему юго-восточного пассата южного полушария. Летний же муссон над Индией как раз и является продолжением этого пассата, который в период резкого падения давления над югом континента Азии также пересекает экватор и устремляется на Индию в виде юго-западного летнего муссона, несущего обильные осадки на эту территорию. Таким образом, труды этого замечательного исследователя установили твердо то положение, что в итоге все проявления погоды находятся в зависимости от мощности потоков общей планетарной циркуляции атмосферы. Это касается также глубины циклонов и мощности антициклонических образований — звеньев внетропической циркуляции, переносящих воздух от низких широт к высоким и обратно.
Если бы циркуляция атмосферы зависела только от притока лучистой энергии Солнца, переходящей в тепло, количество которой, как теперь установлено, близко к величине 1,94 кал/см2 мин и меняется на 2—3%, то, очевидно, мощность этой главной — пассатной — циркуляции не подвергалась бы значительным колебаниям. Иными словами, атмосфера нашей планеты, как преобразователь тепловой энергии Солнца в энергию движения потоков воздуха, работала бы в строгом режиме с понижением мощности летом соответствующего полушария и усилением зимой (в зависимости от периодически меняющихся разностей температуры экватор — полюсы). Однако этого никогда не бывает. В проявлениях мощности большой главной циркуляции на Земле наблюдаются очень большие отклонения от среднего режима, доходящие в некоторые периоды времени до 50% в обе стороны. Тогда в явлениях муссонной циркуляции также наблюдаются значительные аномалии. Восточно-азиатские летние муссоны, достигая Центрального Китая, вызывают катастрофические наводнения (1056—1959 гг.), а индийский летний муссон переваливает горный хребет Гиндукуш и вызывает катастрофические наводнении в Иране (1956 г.).
Особенно чувствительны эти aномалии внутри континентов, в открытых местах, расположенных симметрично по отношению как к тропическим областям с высокими температурами, так и к очень охлаждённым приполярным. К числу таких мест принадлежит Горная Шория на юге Западной Сибири, расположенная достаточно близко (520 км) от географического центра Азии (в городе Кызыл Тувинской АССР, Красноярский край).
Исследованием колебаний мощности большой циркуляции, очень важной в теоретическом и практическом отношениях проблемой, занималось много геофизиков и астрономов. Однако вплоть до настоящего времени проблема все еще не получила полного решения, продолжая относиться к числу наиболее трудных во всем комплексе наук о Земле. Главная трудность здесь состоит в больших разногласиях по вопросу о характере воздействия разных видов энергии Солнца на процессы атмосферной циркуляции. В самом деле, многими астрономами и геофизиками, как за рубежом, так и у нас в Союзе, в течение истекших двух столетии собран обширный материал, явственно подтверждающий тот факт, что интенсивность атмосферной циркуляции зависит не только от тепловой постоянной энергии Солнца, но и от других переменных видов излучений его, связанных с проявлениями так называемой активности нашего дневного светила. Сюда входят следующие виды энергии: корпускулярная в виде заряженных частиц плазмы, электромагнитные формы, рентгеновская, коротковолновая, ультрафиолетовая, выделяющаяся из областей извержений на Солнце, вызываемых термоядерными реакциями. Уже более ста лет назад астрономы (первым из них был любитель Г. Швабе в Германии — г. Дессау, ныне ГДР) установили факт периодичности, с какой совершается выделение этих энергий.
Обнаружено, что в отдельные годы (годы максимумов) выделение энергии активности Солнца отмечается в количестве, превосходящем в сотни и тысячи раз то, которое бывает в годы минимумов. Найдено, что каждый максимум отстоит от следующего за ним минимума в среднем на семь лет, а каждый минимум от следующего за ним максимума в среднем на 3—4 года.
Области на Солнце, связанные с выделением энергии его активности — суть солнечные пятна, занимающие иногда огромные площади, превышающие поверхность земного шара во много раз (до 20—30), они имеют температуру более низкую, чем температура окружающей фотосферы Солнца (на 1500—2000°), так как связаны с процессами выделения энергии и расширения при этом объемов горячей плазмы, а последняя подчиняется тем же законам, что и всякий газ, т. е. охлаждается при расширении. Кроме того, по всей вероятности, в процессах ее охлаждения играет роль мощное магнитное поле, защищающее эти области от излучения окружающей фотосферы. Пo причине более низкой температуры эти области и кажутся нам почти черными на ослепительном фоне фотосферы Солнца. Солнечные пятна доступны наблюдению даже в небольшие телескопы—50— 100 мм диаметром, а измерение их размеров — площадей — можно производить сравнительно несложными приемами в проекции на непрозрачный экран или по фотографиям. Величина площади солнечных пятен в миллионных долях полусферы Солнца с 1874 года принята исследователями Гринвичской обсерватории в качестве показателя активности Солнца. За такой показатель принимают также так называемое число Вольфа, представляющее комбинацию числа пятен и числа групп пятен по условию:
W=k(f+10g)
где g — число групп пятен, a f — число пятой в каждой группе; k — коэффициент, зависящий от разрешающей силы телескопа. По условию, одно пятно считается целой группой, так что в том случае, когда на Солнце наблюдается одно единственное пятно, наименьшее число Вольфа будет 11 (если k = 1). В годы максимумов активности Солнца среднее числа Вольфа достигают 200 и более, а в годы минимумов иногда но целым месяцам W=0.
Этот способ предложил швейцарский астроном Рудольф Вольф в Цюрихе ещё в 1852 году. Стандартные числа Вольфа публикует его преемник М. Вальдмаер, публикует их и Советская служба Солнца в Пулкове, под Ленинградом. В двадцатых годах нашего века многие ученые усердно занимались проблемой воздействия активности Солнца на тропосферную циркуляцию и пришли к выводу, что в годы максимумов активности Солнца (наибольших площадей пятен) циркуляция в тропосфере усиливается настолько, что в полярные области попадает много теплого воздуха, и ледовая обстановка там значительно облегчается: 1927, 1937, 1947, 1957, 1967 годы. Наоборот, в годы минимумов активности Солнца ледовая обстановка в Арктике, как правило, весьма тяжелая: 1923, 1933, 1944, 1954, 1904, 1975 годы. Это показали исследования советского ученого В. Визе ещё в 20-х годах нашего столетия. Он разработал даже методику долгосрочных прогнозов погоды для Арктики (в 1925 г.). В то же время пулковские астрономы (С. М. Рубашев, М. С. Эйгенсоп в 1939 году, а ещё значительно раньше их (в 1933 г.) метеоролог-синоптик М. С. Жуков в Ташкенте установили связь, что после каждого прохождения по диску Солнца крупной группы пятен на Европу надвигаются холодные волны, в основном с полуострова Таймыр.
Впоследствии, в 1948 году, такая же зависимость была найдена американским ученым Дьюлли, а в 1950 году ее подтвердил ленинградский метеоролог Л. А. Вительс. И действительно, в годы высокой активности Солнца: 1938-39, 1939-40, 1947-48, 1955-56, 1968-69, 1978-79 в Европе, как в западной, так и в восточной, наблюдались очень суровые зимы. Площади солнечных пятен достигали перед этими холодными волнами весьма значительных размеров, раз в 20—30 превышая поверхность всего земного шара.
Следует сказать, что дальше этих частных выводов упомянутые исследователи не продвинули проблему Солнце— тропосфера, поэтому их выводы не были использованы для прогнозов погоды в официальных метеослужбах всех стран мира и были встречены скептически. В то же время, автор этих строк, начавший работать в метеорологии в 1936 году, обнаружил для Западной Сибири совершенно обратное соотношение. Он нашел, что после всякого прохождения через центральный меридиан солнечного диска активной группы пятен, спустя 3—4 суток, на территорию Западной Сибири устремляется поток теплого тропического воздуха, повышающего температуру здесь на 10—15° в течение нескольких дней и вызывающего сильную неустойчивость в тропосфере, что приводит к интенсивной циклонической деятельности, метелям и бурям зимой, и ливням с грозами летом. Из этого соотношения автор сделал очень важный вывод для проблемы Солнце — тропосфера, именно, что процессы атмосферной циркуляции связаны обратными соотношениями над Европой и Западной Сибирью с чередованием теплых и холодных потоков—как взаимно-компенсационных над данными территориями.
Однако, даже до настоящего времени, метеорологи, как у нас в Союзе, так и за рубежом, объединяют Европу с Западной Сибирью, до Енисея, считая, что процессы циркуляции атмосферы на этой территории единообразны. Но если такое положение дела сохраняется ныне, то значительно хуже было здесь в начале пятидесятых годов (22 декабря 1951 г.), когда автор этих строк докладывал о свoиx работах в ЦИДе в Москве, и упомянул описываемые связи процессов атмосферной циркуляции с активностью Солнца, найденные им еще в 1938 году. Московские метеорологи отнеслись к сообщению коллеги из далекой Cибири с нескрываемым скептицизмом, так же как и в 1933 году к сообщению М. С. Жукова из Ташкента. Надо сказать, что в те годы проблема Солнце — тропосфера была в большом пренебрежении среди метеорологов. По причине обнаружения подобных противоречий НИКТО не мог понять, как это одна и та же причина (дополнительный приток энергии Солнца) может привести к разным и противоположным следствиям — породив ХОЛОД и ﾒﾅﾏЛО, сформировать одновременно области в высокого, и низкого давления в атмосфере. Действительно, оказалось, что самые суровые зимы наблюдаются не только в эпохи максимумов активности Солнца и в годы. близкие к ним, но и в годы минимальной активности Солнца, когда дополнительный приток энергии не имеет места.
