Космонавтика в метеорологии

Материал из Wiki.

Предлагаем немного размяться и проверить свои знания разгадыванием ребусов, связанных с погодой.

Панно команды "Гагаринцы" на тему "Космонавтика в метеорологии"

Метеорология - это наука об атмосфере, ее составе, свойствах и протекающих в ней физических и химических процессах. Кроме изучения процессов и явлений, происходящих в атмосфере, в задачи метеорологии входит установление закономерностей и прогноз их развития и определение возможностей управления ими. Подлинное знание нашей планеты и природной среды на ней будет достигнуто лишь тогда, когда будут познаны фундаментальные закономерности атмосферных процессов и их влияние на земную поверхность. В течение нескольких последних десятилетий метеорология быстро развивалась и в настоящее время превратилась в разветвленную и перспективную науку. Несмотря на существующую техническую вооруженность и защищенность от воздействий природных явлений, без правильного учета информации о текущем и будущем состоянии атмосферы не может обойтись ни одна отрасль современного хозяйства. Хозяйственная деятельность человека, особенно в последние годы, привела к загрязнению окружающей среды отходами производства. Воздушный бассейн, воды и почвы урбоэкосистем содержат загрязняющие вещества, концентрация которых часто превышает предельно допустимую норму, что негативно отражается на здоровье населения. В настоящее время наблюдается увеличение распространенности болезней отдельных нозологических форм, которое обусловлено загрязнением окружающей среды. (Метеорология // Виртуальный планетарий, сайт: http://www.planetary-rzn.ru/gloss/1/term537.html, дата обращения: 29.01.2011 г.)

Метеорологические ракеты: МР-1, МР-100, ММР-06. Рисунок из статьи: Историческая серия «ТМ». Первые метеорологические // «Техника-молодежи» 1981 №6, с.40-41

«Сегодня трудно представить себе науку без армии роботов, собирающих информацию в труднодоступных для человека местах. А началось все с метеорологии, с шаров-зондов. Эти небольшие аэростаты с самопишущим прибором-метеорографом, впервые предложенные Д. И. Менделеевым, запускались в России с 1896 года. И с того времени русская метеорология постоянно занимает первое место в мире по исследованиям атмосферы с помощью летательных средств. Второй период развития этой области науки начался в СССР с изобретения профессором А. П. Молчановым радиозонда, положившего начало всей современной телеметрической технике. Передача полученных научных данных на Землю по радио резко увеличила эффективность исследований. Но радиозонды могли подниматься лишь на высоту 40 км, далее метеорологи могли надеяться только на ракеты.

Первые же запуски приборов для исследований атмосферы на большую высоту с помощью мощных геофизических ракет принесли науке ценнейшие данные. Но из-за большой стоимости и сложности подготовки к старту эти ракеты запускались всего несколько раз в год. А метеорологам было необходимо получать регулярные сведения о динамике процессов, идущих в верхних слоях атмосферы. Для этого требовалась дешевая, надежная, простая в эксплуатации ракета сравнительно небольшой грузоподъемности. И вот к осени 1951 года промышленные предприятия страны по техническому заданию Центральной аэрологической обсерватории (ЦАО) Гидрометеорологической службы СССР впервые в мире создали специальную метеорологическую ракету МР-1. Ее применение открыло третий период высотных метеорологических исследований.

МР-1 представляла собой неуправляемую жидкостную ракету нормальной схемы с аэродинамическим стабилизатором. Ее ЖРД с вытеснительной системой подачи работал на азотной кислоте и керосине. Пуск производился по траектории, близкой к вертикали, из станционарной стартовой вышки. Для увеличения скорости выхода из нее на ракете устанавливался стартовый ускоритель, представлявший собой связку из нескольких пороховых ракетных двигателей. Запуск ускорителя и ЖРД производился одновременно». (Историческая серия «ТМ». Первые метеорологические // «Техника-молодежи» 1981 №6, с.40-41, сайт: http://epizodsspace.testpilot.ru/bibl/tm/1981/rn6.html, дата обращения: 31.01.2011 г.)

«Бытует мнение, что метод ракетных зондирований для атмосферы устарел и ныне главный метод - это орбитальные наблюдения. Это глубокое заблуждение, которому уже без малого 20 лет, опровергнуто анализом огромного объема измерений со спутников: необходим реперный (подспутниковый) метод для проверки и внесения корректив в методику дистанционных методов. Детальную информацию о малых пространственных масштабах сложных физико-химических явлений могут дать именно ракетные, особенно контактные методы. Ярким примером были запуски трех ракет с о.Уоллопс во время измерений лимбовым методом вертикальной структуры атмосферы в период прохождения спутника с аппаратурой CRISTA; при этом три ракетных зонда на спускаемых парашютах находились в различных точках (в т.ч. и по высоте) анализируемого объема атмосферы 100х100х250 км. Вот-вот будет запущен огромный и дорогостоящий американский спутник EOS CHEM, как и CRISTA использующий лимбовый метод наблюдений химического состава средней атмосферы и озоносферы. Без ракетозондов не обойтись! В последнее время в Центральной аэрологической обсерватории после очень долгого перерыва 90-х годов вновь началось ракетное зондирование, правда, не регулярное. Будем надеяться, что начавшийся Международный Полярный год будет способствовать сохранению и дальнейшему развитию ракетного зондирования у нас в стране, а на о.Хейс вновь начнется ракетное зондирование атмосферы, как это впервые произошло ровно 50 лет назад!» (Кокин А., Перов С.П. 50 лет Ракетному метеорологическому зондированию атмосферы. Газета "Советский физик" // Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, сайт: http://www.phys.msu.ru/rus/about/sovphys/ISSUES-2008/2(62)-2008/62-9/, дата обращения: 31.01.2011 г.)

Фотография с сайта - Казахстанский агрегатор новостей

Температура, влажность и атмосферное давление на больших высотах измеряются с помощью приборов, именуемых радиозондами. Их поднимают на нужную высоту аэростаты (воздушные шары). Скорость и направление подъема зонда позволяют определить силу и направление ветра. По мере того, как зонд поднимается все выше, идут замеры температуры, влажности и давления воздуха.

Немаловажную роль в метеослужбе играют данные, получаемые с искусственных спутников Земли. Метеорологические спутники поставляют ученых важную информацию об общих тенденциях развития погоды, а также о характере облачного покрова. На спутниках установлены приборы, именуемые радиометрами, которые улавливают интенсивность отраженного света или тепла. Эти данные преобразуются в изображения (фотографии). Спутники играют важную роль в наблюдении за процессами образования погоды, особенно над большими океанами.

Для наблюдений за дождем, снегом и градом используются метеорадары. Они позволяют определить место и интенсивность выпадения осадков. Радары испускают радиоволны, которые, ударяясь о дождевые капли, отражаются от них и возвращаются на приемную антенну. После этого полученные данные преобразуются в изображение.(Погода и климат // Сайт: http://www.pogoda.ru.net/service.htm, дата обращения: 07.02.2011 г.)

Дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — наблюдение поверхности Земли авиационными и космическими средствами, оснащёнными различными видами съемочной аппаратуры. Рабочий диапазон длин волн, принимаемых съёмочной аппаратурой, составляет от долей микрометра (видимое оптическое излучение) до метров (радиоволны). Методы зондирования могут быть пассивные, то есть использовать естественное отраженное или вторичное тепловое излучение объектов на поверхности Земли, обусловленное солнечной активностью, и активные — использующие вынужденное излучение объектов, инициированное искусственным источником направленного действия. Данные ДЗЗ, полученные с космического аппарата (КА), характеризуются большой степенью зависимости от прозрачности атмосферы. Поэтому на КА используется многоканальное оборудование пассивного и активного типов, регистрирующие электромагнитное излучение в различных диапазонах.

Аппаратура ДЗЗ первых КА, запущенных в 1960-70-х гг. была трассового типа — проекция области измерений на поверхность Земли представляла собой линию. Позднее появилась и широко распространилась аппаратура ДЗЗ панорамного типа — сканеры, проекция области измерений на поверхность Земли которых представляет собой полосу.

Космические аппараты дистанционного зондирования Земли используются для изучения природных ресурсов Земли и решения задач метеорологии. КА для исследования природных ресурсов оснащаются в основном оптической или радиолокационной аппаратурой. Преимущества последней заключаются в том, что она позволяет наблюдать поверхность Земли в любое время суток, независимо от состояния атмосферы. (Дистанционное зондирование Земли // Википедия, сайт: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D0%B8, дата обращения: 29.01.2011 г.)

Фотографии из галереи сайта: Сканэкс. Инженерно-технологический центр // EOStation.ScanEx.ru, сайт: http://eostation.scanex.ru/gallery/gallery.html:

Облака над Черным морем. 2003-11-04. Исходя из "Северного потока" облако блокируется на побережье Турции. Явный пробел в облаках расположен над полуостровом Крым.

Циклон над Центральной Россией. 2003-09-09. Это изображение было составлено из 3 последовательных спутников, которые проходили в течение одного дня. Временные интервалы между прохождением около 90 мин.

Облака в видимой и ИК-полосе. 2003-10-09. Облачность отображается в видимом и инфракрасном спектральных полосах. В инфракрасном изображении (правая часть рисунка) высокие и холодные облака видны как темные пятна на фоне более теплых облаков и земной поверхности.

Космические снимки — собирательное название данных, получаемых посредством космических аппаратов (КА) в различных диапазонах электро-магнитного спектра, визуализируемых затем по определённому алгоритму.

Как правило, под понятием космические снимки в широких массах понимают обработанные данные дистанционного зондирования Земли, представленные в виде визуальных изображений, например, Google Earth.

Вот некоторые возможности программы Google Earth:

Земля с облаками в программе Google Earth.

Москва из космоса в программе Google Earth.

ГОУ СОШ №414 г. Москвы (вид из космоса) в программе Google Earth.

Спутниковая фотосъёмка — фотографирование Земли или других планет с помощью спутников.

Спутниковые изображения находят применение во многих отраслях деятельности — сельском хозяйстве, геологических и гидрологических исследованиях, лесоводстве, охране окружающей среды, планировке территорий, образовательных, разведывательных и военных целях. Такие изображения могут быть выполнены как в видимой части спектра, так и в ультрафиолетовой, инфракрасной и других частях диапазона. Также существуют различные карты рельефа, выполненные с помощью радарной съёмки.

Дешифрование и анализ спутниковых снимков в настоящее время все больше выполняется с помощью автоматизированных программных комплексов, таких как ERDAS Imagine или ENVI. В начале развития этой отрасли некоторые из видов улучшений изображений по заказу правительства США выполнялись фирмами-подрядчиками. Например, фирма ESL Incorporated разработала один из первых вариантов двухмерного преобразования Фурье для цифровой обработки изображений. (Википедия // Сайт: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%84%D0%BE%D1%82%D0%BE%D1%81%D1%8A%D1%91%D0%BC%D0%BA%D0%B0, дата обращения: 07.02.2011 г.)

Первое в череде знаковых событий 2011 года, объявленного Годом космонавтики, - запуск метеорологического спутника "Электро-Л", который уже работает на орбите. Впервые за долгие годы восстановлена группировка метеоспутников. "Электро" будет помогать "Метеору", который второй год ведёт наблюдение за климатом на планете.

Фильм: Старты космического года. Метеорологические спутники:

Видео - интервью

Командой Самарики было заснято интервью с человеком, который работает в области метеорологии. А именно, у специалиста своего дела - Ковалевой Татьяны Юрьевны - которая по сегоднешний день является синоптиком в аэропорту Курумоч, в Самараской области. Рассказывается в интервью: о биографии, данного специалиста, о ее образование, практике в науке по определению погоды. Татьяна Юрьевна подробно рассказала команде, как пользуются метеорологическими картами, предоставила их образцы, а так же рассказала о трудностях определения.

Синоптик - это специалист-метеоролог по составлению синоптических карт.

В этом видео как раз представлены, примеры этих карт, как их составляют и как ими пользуются. Так показывается снимок их космоса, на котором рассказывается как определяется метеорологическая ситуация. Так же, для удобства рассмотрения мы предоставляем, копии этих карт и снимков. Немного о метеорологических картах. Это карты, на которых проведены изотеры, изотермы и изохимены и вообще линии, соединяющие местности с одинаковыми средними данными, касающимися метеорологических явлений (температуры, влажности, барометрич. давления и проч.). На фото, представлены сканированные изображения метеорологических карт как раз с разлинчыми видами линий, о которых более подробно рассказывается в видео-интервью.

Наш дружный коллектив, съездил в музей имени П.В. Алабина и посмотрел лично на экспонат, представленный там. Это "Спускаемый аппарат космического комплекса "БИОН" РКНПЦ ЦСКБ-Прогресс. КА "БИОН" предназначен для проведения программы исследований в области космической медицины, метеорологии, и биологии. С 1973 года проведено 11 успешных запусков. В космосе побывало 37 видов различных живых организмов, начиная с одноклеточных, до таких высокоразвитых, как обезьяны.

В заключение

Подводя итог, можно сказать что метеорология - наука о строении и свойствах земной атмосферы и совершающихся в ней физических процессах. Для работы с этой наукой требуются кропотливая, внимательная работа. Характерной чертой современной Метеорология является применение в ней новейших достижений физики и техники. Так, для наблюдений за состоянием атмосферы используются метеорологические спутники, позволяющие получать информацию о многих метеорологических элементах для всего земного шара. Для наземных наблюдений за облаками и осадками пользуются радиолокационными методами. Все возрастающее применение находит автоматизация метеорологических наблюдений и обработки их данных. В исследованиях по теоретической Метеорология широко используются ЭВМ, применение которых имело громадное значение для усовершенствования численных методов прогнозов погоды. Расширяется использование количественных физических методов исследования в таких областях Метеорология, как климатология, агрометеорология , биометеорология человека, где ранее они почти не применялись.

Наиболее тесно Метеорология связана с океанологией и гидрологией суши. Эти три науки изучают различные звенья одних и тех же процессов теплообмена и влагообмена, развивающихся в географической оболочке Земли. Связь Метеорология с геологией и геохимией основана на общих задачах этих наук в исследованиях эволюции атмосферы и изменений климатов Земли в геологическом прошлом. В современной Метеорология широко используются методы теоретической механики, а также материалы и методы многих др. физических, и технических дисциплин.

Одна из главных задач Метеорологии — прогноз погоды на различные сроки. Краткосрочные прогнозы особенно необходимы для обеспечения работы авиации; долгосрочные — имеют большое значение для сельского хозяйства. Т. к. метеорологические факторы оказывают существенное влияние на многие стороны хозяйственной деятельности, для обеспечения запросов народного хозяйства необходимы материалы о климатическом режиме. Быстро возрастает практическое значение активных воздействий на атмосферные процессы, в том числе воздействий на облачность и осадки, защиты растений от заморозков и др. Для этой науки создаются все новые и новые возможности, она непрерывно развивается, благодаря появлению различных современных технологий. Команда "Гагаринцы" дала точную характеристику этой науки, а мы - команда "Самарики", показали это на практике, чтобы понять, есть ли связь космонавтики с метеорологией и какова ее роль? Роль метеоролигии огромна! Без доступа в космос (например, снимков) не возможно расчитать и узнать точные данные.

Метеорология имеет огромную роль в нашей жизни и в развитие науки, хотя многие об этом даже не подозревают.

---

Визитка экипажа "Гагаринцы"

Визитка экипажа "Samariki"

Межрегиональный интернет-конкурс "Гагаринский взлёт"