Даследаванні метэаралогіі і кліматалогіі на Беларусі

Першыя звесткі аб надвор’і і клімаце нашай бацькаўшчыны знаходзяцца ў беларускіх летапісах і хроніках. З летапісаў вынікае, што ў ІХ – ХІІ ст.ст. на Беларусі адбывалася пацяпленне клімату, а ў ХІV – ХVІІ стагоддзях яго пахаладанне. Летапісныя звесткі аб надвор’і і клімаце сведчаць аб дакладнасці назіранняў, сугучнай з сучаснымі ацэнкамі змяненняў клімату ў мінулым.

Напрыклад, у Віцебскім летапісу знаходзім: “У год 1694. Месяца жніўня, 3 дня наўкола Віцебска быў вялікі град, пабіў палі ўсе, збожжа”, “У год 1695. Месяца мая, 26 дня... выпаў па калена снег і ляжаў тры дні”, “У год 1696... Дзвіна не замярзала цэлы год” (паводле І.М. Шаруха, 2001).

У старажытныя часы на Беларусі склалася народная метэаралогія, у аснове якой ляжалі мясцовыя прыродныя прыкметы, што даюць падставу меркаваць аб магчымым надвор’і ў бліжэйшы, ці больш аддалены час. У якасці мясцовых прыкмет надвор’я разглядаліся характар воблакаў, далёкасць бачнасці, аптычныя з’явы ў атмасферы, паводзіны жывёл, сваеасаблівыя рэакцыі раслін на змены метэаралагічных умоў і інш.

Навуковая літаратура на Беларусь паступала з боку Заходняй Еўропы. Шырокае выкарыстанне мела кніга Арыстоцеля “Метэаралогіка”. На аснове еўрапейскай літаратуры пісаліся свае кнігі, якія ўтрымлівалі навуковыя тлумачэнні аб нябесных целах, аб будове Зямлі, аб вадзе, паветры, розных краінах.

Разнастайныя звесткі аб надвор’і і клімаце сустракаюцца ў манастырскіх кнігах. Так, К. Тураўскі (ХІІ ст.), засвоіўшы веды і ідэі візантыйскага і рымскага свету, спрабаваў тлумачыць прыродныя і атмасферныя з’явы. У шматлікіх працах геніяльнага беларускага вучонага-энцыклапедыста Ф. Скарыны (ХVІ ст.), які выдаў першую друкаваную беларускую кнігу, маюцца звесткі па геаграфіі і прыродных з’явах. Велічны гімн беларускай прыродзе стварыў М. Гусоўскі (ХVІ ст.) ў паэме “Песня пра зубра”.

Найбуйнейшы росквіт старадаўняй навукі і культуры Беларусі прыпадае на ХV-ХVII ст.ст.— Залаты век краіны. Значнымі былі дасягненні ў шматлікіх галінах навукі і гаспадаркі, у тым ліку ў геаграфіі і кліматалогіі. Так, Мікалай Радзівіл Сіротка ажыццявіў падарожжа на Блізкі Ўсход. У сваіх “Вандроўках” Сіротка падрабязна апісаў прыроду і клімат тых мясцін, якія ён наведаў. Гэтыя апісанні паспрыялі развіццю цікавасці да назіранняў за атмасфернымі з’явамі і надвор’ем.

У ХVІІІ ст. пачалі выдавацца айчынныя школьныя падручнікі: “Сучасная геаграфія” (1786, 1794), “Агульная геаграфія” (1773). У 1750 г. выдадзены “Геаграфічныя карты Галіі, Германіі, Польшчы і Вялікага Княства Літоўскага”. У навучальных установах прадугледжвалася абавязковае вывучэнне прыродазнаўства, якое ўключала фізіка-геаграфічны і метэаралагічны матэрыял. Напрыклад, падручнік па матэматычнай геаграфіі Яна Снядзецкага ўтрымліваў веды аб зямной атмасферы і атмасферных з’явах.

Навуковыя даследванні надвор’я і клімату Беларусі адносяцца да ХVІІІ ст. Пры школах, вучылішчах, калегіўмах і гімназіях адкрываліся метэаралагічныя станцыі і вяліся журналы назіранняў за змяненнямі надвор’я.

Аднак фарміраванне дзяржаўнай сеткі метэаралагічных станцый пачалося на пачатку ХІХ стагоддзя – раней, чым у некаторых краінах Еўропы. Першыя метэаралагічныя станцыі былі створаны ў Магілёве (1809), Віцебску (1810), а крыху пазней у Брэсце (1834), Бабруйску і Свіслачы (1836), Мінску (1849), Гародні (1839), Горках (1841), затым у Маладзечна (1870), Пінску (1871), Слуцку і Васілевічах (1878), Быхаву (1881), Новакаралёва (Віцебскі ўезд, 1884), Чэчэрску (1885), Пружанах (1886), Сянно (1887), Мазыры (1889), Дрысне (Верхнядзвінск), Калінкавічах, Баранавічах, Гомелі (1891), Лепелі (1893), Мар’інай Горцы, Барысаве (1894), Глыбокім (1895), Полацку, Лідзе (1900), Ваўкавыску (1905), Ашмянах, Лельчыцах (1909), Талочыне (1914) і іншых месцах. Гэтыя станцыі складаюць аснову сучаснай метэаралагічнай сеткі Беларусі. Найбольш поўныя стацыянарныя дадзеныя назіранняў маюцца на станцыі Горкі, арганізаванай пры Горыцкім земляробчым інстытуце.

Першыя навуковыя абагульненні матэрыялаў назірання належаць рускаму кліматолагу А.І. Ваейкаву. У 1899 г. ім была выдадзена праца “Клімат Палесся”, у якой на прыкладзе дадзеных метэаназіранняў у Прыпяцкім Палессі даследаваны ўплыў асушэння балот на клімат.

У першай палове ХХ стагоддзя амаль уся тэррыторыя нашай краіны была пакрыта шчыльнай сеткай метэастанцый. Так, у 1940 г. працавала 1 метэастанцыя першага разраду (у Мінску), 60 метэастанцый другога разраду, 90 – трэццяга разраду.

Гэтыя шматгадовыя матэрыялы вельмі плённа выкарыстаны беларускім вучоным у галіне кліматалогіі і геафізікі, акадэмікам АН Беларусі А. І. Кагародавым (1881 – 1951). З 1919 г. ён загадваў кафедрай метэаралогіі і кліматалогіі ў Горыцкім сельскагаспадарчым інстытуце, а з 1930 г. працаваў дырэктарам Беларускай геафізічнай абсерваторыі.

А. І. Кайгародаў заклаў асновы кліматалогіі, сельскагаспадарчай метэаралогіі і службы надвор’я Беларусі. Ён упершыню падагульніў дадзеныя шматгадовых назіранняў усёй сеткі метэастанцый з 1871 па 1917 г. Клімат А. І. Кайгародаў лічыў важнейшым прыродным кампанентам, які ўплывае на ўсе бакі арганічнага і неарганічнага жыцця і чалавечай дзейнасці.

Вынікі даследаванняў А. І. Кайгародава маюць на толькі навуковае, але і важнае прыкладное значэнне. Яны скіраваны на выяўленне кліматычных рэсурсаў і іх эфектыўнае выкарыстанне ў сельскай гаспадарцы, паляпшшэнне яе спецыялізацыі і рацыянальнае размяшчэнне сельскагаспадарчай вытворчасці. Даследчыкам вызначаны “галоўныя сілы”, якія ўплываюць на фарміраванне клімату. Да гэтых сілаў адносяцца: 1) колькасць сонечнай энергіі; 2) аддаленасць ад акіянаў; 3) уласцівасці паветраных плыней (адвекцыя); 4) вышыня над узроўнем мора. Геаграфічнае становішча вызначае ўздзеянне розных тыпаў паветраных мас, якія прыходзяць з поўначы і поўдня, захаду і ўсходу.

Вельмі цікавы і да гэтай пары пакуль адзіны яго “Кліматычны атлас Беларусі ”. Атлас утрымлівае 78 карт размеркавання асобных кліматычных чыннікаў: ціску, кірунку і хуткасці ветру, ападкаў, абсалютнай і адноснай вільготнасці, сумы актыўных тэмператур. Праведзена сельскагаспадарчае раяніраванне, вылучаны 7 агракліматычных раёнаў, для якіх абгрунтаваны колькасныя характарыстыкі сярэдніх тэмператур і сум актыўных тэмператур паветра, працягласць вегетацыйнага кругабегу, а таксама сумы атмасферных ападкаў. Кайгародаў распрацаваў і тэарэтычна абгрунтаваў шэраг кліматычных метадаў аналізу прыроды Беларусі.

У пасляваенныя гады была адноўлена разбураная метэасетка. Вялікую працу па збору, апрацоўцы і выданню метэаралагічных дадзеных правялі работнікі Мінскай гідраметэаралагічнай абсерваторыі. Тут створаны і паспяхова працуюць аддзелы клімату, аграметэаралогіі, актынаметрыі і атмасфернай оптыкі, гідралогіі і сіноптыкі. Супрацоўнікамі гэтых аддзелаў выдадзены шэраг кліматычных і агракліматычных даведнікаў, а таксама шмат навуковых зборнікаў.

Вывучаны размеркаванне паступлення сонечная радыяцыі і радыяцыйнага балансу на тэрыторыі рэспублікі, альбеда сельскагаспадарчых культур, радыяцыйны рэжым у лесе, асветленасць і паступленне ФАР. Вынікі даследванняў паступлення радыяцыі да сцен будынкаў і схілаў узгоркаў знайшлі выкарыстанне ў будаўніцтве і сельскай гаспадарцы. Даследаваны клімат абласных гарадоў. Выдадзены манаграфіі “Клімат Мінска, Гомеля, Віцебска, Гродна, Брэста, Магілёва” (Гольберг, Фрыдлянд, Савікоўскі, Валабуева, Мельнік).

Аднак найбольш поўнае і глыбокае абагульненне даных метэаназіранняў Беларусі ажыццявіў прафесар А.Х. Шкляр (1910 – 1977). Ён істотна развіў кліматычныя праблемы Беларусі, выдаў шэраг фундаментальных манаграфій. Прафесар А.Х. Шкляр прааналізаваў ўмовы ўвільгатнення на тэрыторыі Беларусі ў перыяд вегетацыі культурных раслін. Устаноўлена, што ў пачатковы перыяд вегетацыі (травень – чэрвень) ствараецца напружаны баланс вільгаці – выпаральнасць перабольшвае атмасферныя ападкі. Ім распрацаваны аптымальныя тэрміны сяўбы сельскагаспадарчых культур, зроблена агракліматычнае раяніраванне, устаноўлены для яго аб’ектыўныя паказчыкі. Вылучаныя агракліматычныя раёны цесна ўвязаны з фізіка-геаграфічнымі раёнамі.

Сучасны перыяд кліматычных даследванняў мацуецца на трывалым падмурку тэарэтычных распрацовак, створаных папярэднімі пакаленнямі кліматолагаў Беларусі. У 70–90 гады ХХ стагоддзя выкананы вялікі аб’ём мікракліматычных даследаванняў. Распрацавана методыка арганізацыі і правядзення мікракліматычных даследаванняў прыродных і прыродна-антрапагенных геасістэм. Вывучаны тры кампаненты геасістэмы: клімат глебы, фітаклімат і клімат прыземнага слою паветра. Гэтыя кампаненты аб’ядноўваюцца працэсамі цепла- і вільгацеабмену, якія бесперапынна працякаюць у межах геасістэмы. Распрацавана методыка пабудовы буйнамасштабных мікракліматычных карт, якія дазваляюць вырошчваць сельскагаспадарчыя культуры ў адпаведнасці з асаблівасцямі мікраклімата гаспадаркі і нават канкрэтнага поля (Каўрыга, 1995).

Вывучана структура радыяцыйнага і цеплавога балансу на балотных і мінеральных глебах, занятых пасевамі сельскагаспадарчых культур (бульба, ячмень, шматгадовыя травы) пры розных спосабах меліярацыі. Даследавана ўздзеянне на мікраклімат розных спосабаў асушэння – закрытага і адкрытага дрэнажу, а таксама арашэння (дажджавання і шлюзавання). Вывучаны ўплыў гэтых спосабаў меліярацыі на фарміраванне воднага і тэмпературнага рэжымаў тарфяна-балотных і дзярнова-падзолістых глебаў.

Фундаментальнае абагульненне матэрыялаў метэаралагічных назіранняў на аснове сучасных метадаў аналіза праведзена калектывам вучоных пад кіраўніцтвам акадэміка В.Ф.Логінава (1996, 2002, 2003). У гэтых работах даецца характарыстыка сучаснага клімата Беларусі, прыводзяцца звесткі аб змяненнях клімату за перыяд інструментальных назіранняў. Пры гэтым абмяркоўваюцца прычыны і сцэнарыі змяненняў глабальнага клімату і клімату Беларусі.

Логінавым У.Ф. (1992, 2002) прааналізаваны знешнія і ўнутраныя фактары кліматычных змяненняў. Асобая ўвага ўдзелена змяненню газавага і аэразольнага складу атмасферы, а таксама электрамагнітнаму і карпускулярнаму выпраменьванню, абумоўленаму вулканічнай і антрапагеннай дзейнасцю. Акрамя таго, выкладзены агульныя прынцыпы збора, перадачы, кантроля, апрацоўкі, захавання і распаўсюджвання гдраметэаралагічнай інфармацыі.

Актуальныя сучасныя праблемы кліматалогіі і агракліматалогіі адлюстраваны ў калектыўнай манаграфіі “Змяненне клімату і выкарыстанне кліматычных рэсурсаў” (пад рэд. П.А. Каўрыга, 2001). У манаграфіі на глабальным і рэгіянальным узроўнях аналізуюцца хістанні тэмпературы і атмасферных ападкаў.

Выкарыстанне колькасных і матэматычных метадаў, а таксама камп’ютарнага мадэліравання пры аналізе структуры гідраметэаралагічнага рэжыма Беларусі даследавана Р.І. Сачком (1980, 1994). Аграэкалагічнае даследаванне клімату і кліматычных рэсурсаў рэспублікі праведзена А.М. Вітчанкам (1996).

Уплыў змянення клімату на агракліматычныя рэсурсы і прадукцыйнасць сельскагаспадарчых культур вывучаны В.І.Мельнікам (2004).

1.10. Метады даследаванняў у метэаралогіі і кліматалогіі

Існуюць разнастайныя прыёмы вывучэння навук аб прыродзе. Фізічныя навукі вывучаюцца пры дапамозе эксперыменту. Метэаралогія вывучаецца шляхам назіранняў, а не эксперыменту. Гэта тлумачыцца тым, што працэсы, якія адбываюцца ў атмасферы, патрабуюць вялікай колькасці энергіі. З гэтай колькасцю не можа параўнацца тая энергія, якую выпрацоўвае чалавек, нават тэрмаядзерная энергія. Напрыклад, для ўтварэння невялічкага воблачка патрабуецца столькі энергіі, колькі выпрацоўвае самая магутная ГЭС на працягу 3 гадзін. Немагчыма паставіць эксперымент з такімі атмасфернымі працэсамі, як агульная цыркуляцыя атмасферы, цепла- і вільгацезварот, развіццё цыклонаў і антыцыклонаў. Пагэтаму ў метэаралогіі не можа шырока ўжывацца эксперымент.

Галоўным метадам вывучэння атмасферных працэсаў і з’яў сталі кантактныя назіранні і вымярэнні на станцыях і пастах пры дапамозе разнастайных прыбораў і прылад. Дадзеныя назіранняў і вымярэнняў абагульняюцца і аналізуюцца. Гэтым самым устанаўліваюцца заканамернасці, характэрныя для атмасферных працэсаў. Вывучэнне заканамернасцяў выкарыстоўваецца для вырашэння практычных задач, сярод якіх важнейшай з’яўляецца прадказанне надвор’я.

Побач з назіраннямі пры дапамозе прыбораў, якія даюць колькасныя значэнні метэаэлементаў, на станцыях і пастах вядуцца візуальныя (вокамерныя) назіранні, што дазваляе адзначаць наяўнасць атмасферных з’яў і іх якасныя характарыстыкі.

Метад дыстанцыйнага (некантактнага ) вызначэння фізічных характарыстык атмасферы, акіяну і сушы. Гэты метад прадугледжвае выкарыстанне спецыяльнай апаратуры, устаноўленай на лятальных апаратах (на шарах, самалётах, ракетах, а таксама на штучных спадарожніках Зямлі). Вынікі вымярэнняў, атрыманыя гэтым метадам, ахопліваюць вялікую плошчу і перадаюцца пры дапамозе электрамагнітных выпраменьванняў.

Метад эксперымента у метэаралогіі мае абмежаванае значэнне. Выкарыстоўваецца натурны (у прыродзе) і лабараторны эксперымент. Натурны эксперымент заключаецца ў актыўным уздзеянні на воблакі і туманы і праводзіцца з наступнай мэтай:

1) захаванне сельскагаспадарчых культур ад градабоя;

2) штучнае павелічэнне ападкаў;

3) барацьба з туманамі, нізкай воблачнасцю, навальніцамі і замаразкамі.

На воблакі і туманы ўздзейнічаюць шляхам іх засеву рознымі фізіка-хімічнымі рэчывамі, якія актывізуюць працэсы кандэнсацыі і ападкаўтварэння.

Лабараторны эксперымент (мадэліраванне) праводзіцца з шэрагам атмасферных працэсаў, якія рэпрадуцыруюцца ў лабараторных устаноўках (кліматронах). У такіх устаноўках мадэліруюцца агульная цыркуляцыя атмасферы, працэсы кандэнсацыі і воблакаўтварэння, паветраныя патокі і іх уздзеянне на падсцілаючую паверхню і інш.

Адным з метадаў апрацоўкі сабранага матэрыяла метэаралагічных назіранняў з’яўляецца яго статыстычны аналіз. Асабліва вялікае значэнне мае выкарыстанне тэорыі карэляцыі, пры дапамозе якой вывучаюцца фізічныя сувязі паміж атмасфернымі з’явамі, якія развіваюцца ў кліматычнай сістэме

Статыстычныя метады шырока ўжываюцца ў метэаралогіі для аналіза дадзеных назіранняў за пройдзены перыяд і атрымання вывадаў аб рэжыме надвор’я ў будучыні. Асабліва вялікае значэнне статыстычныя метады маюць у кліматалогіі. Звычайна першым шагам кліматычнай апрацоўкі дадзеных назіранняў з’яўляецца вывядзенне сярэдніх шматгадовых значэнняў. Сярэднія шматгадовыя характарыстыкі дазваляюць выявіць кліматычныя адрозненні тэрыторыі, абумоўленыя геаграфічнымі фактарамі, а таксама ўстанавіць асаблівасці сезоннага рэжыма, гадавога і сутачнага ходу кліматычных элементаў.

Другім шагам кліматычнай апрацоўкі дадзеных назіранняў з’яўляецца расшыфроўка сярэдняй кліматычнай велічыні. Расшыфроўка заключаецца ў вызначэнні паўтаральнасці, верагоднасці і забяспечанасці метэаралагічных элементаў, што характарызуе іх зменлівасць ў часе і прасторы.

Вялікае значэнне ў метэаралогіі і кліматалогіі мае картаграфічны метад, пры дапамозе якога параўноўваюцца назіранні, зробленыя ў розных пунктах і выяўляюцца геаграфічныя заканамернасці метэаэлементаў. Напрыклад, сінаптычны метад прагнозу надвор’я базіруецца на аналізе сінаптычных карт і карт барычнай тапаграфіі. Такія карты дазваляюць выяўляць носьбіты надвор’я – цыклоны і антыцыклоны, тыпы паветраных мас і атмасферных франтоў, адсочваць развіццё атмасферных працэсаў і прагназаваць надвор’е.

Разнастайныя кліматычныя карты, як правіла, уваходзяць у склад геаграфічных атласаў. Напрыклад, у Нацыянальным атласе Беларусі (2002) ўтрымліваецца 100 кліматычных і агракліматычных карт, якія шматбакова характаразуюць кліматычную сістэму і яе рэсурсны патэнцыял рэспублікі.

Атмасферныя працэсы апісваюцца дыферынцыяльнымі ўраўненнямі, пагэтаму ў метэаралогіі шырока ўжываецца метад матэматычнага медэліравання. Гэты метад заснаваны на выкарыстанні ўраўненняў тэрма- і гідрадынамікі, якія з пэўным набліжэннем да дакладнасці апісваюць развіццё надвор’я. Дыферэнцыяльныя ўраўненні працуюць на вялікім статыстычным матэрыяле метэаралагічных назіранняў. Гэтыя ўраўненні звычайна вырашаюцца вылічальнымі метадамі з выкарыстаннем хуткадзейных ЭВМ.

 

 

1.11. Арганізацыя метэаралагічных назіранняў

Служба надвор’я

Метэаралагічныя назіранні ўсіх краін аб’ядноўваюцца і ствараюць Сусветную службу надвор’я (ССН), якая падпарадкоўваецца Сусветная метэаралагічнай арганізацыі (СМА).

ССН – глабальная сістэма назіранняў, якая складаецца з: 1) метэаралагічных, гідралагічных, аэралагічных і буйковых станцый, станцый ракетнага зандзіравання атмасферы, караблёў надвор’я, метэаралагічных спадарожнікаў; 2) метэаралагічных цэнтраў па апрацоўцы даных назіранняў і захаванню матэрыялаў – працуюць тры сусветныя (Масква, Вашынгтон, Мельбурн) і 25 рэгіянальных метэаралагічных цэнтраў; 3) глабальнай сістэмы тэлесувязі для хуткага абмену данымі назіранняў і апрацаванай інфармацыяй – яна ўключае кабельныя, радыё- і спадарожнікавыя ланцугі; 4) праграмы навуковых даследаванняў, неабходных для паляпшэння прагнозаў надвор’я і вывучэння магчымасцей непасрэднага ўздзеяння на надвор’е і клімат. Асаблівая ўвага ўдзяляецца выкарыстанню метэаралагічных спадарожнікаў і колькасных (вылічальных) метадаў прагнозу.

Метэаралагічныя станцыі, а іх у свеце каля 10 тыс., дзеляцца на тры разрады (табл. 1.1). Станцыі І разраду маюць найбольш поўную праграму назіранняў. Акрамя выканання і апрацоўкі назіранняў гэтыя станцыі здзяйсняюць тэхнічнае кіраўніцтва замацаванымі за імі метэастанцыямі ІІ і ІІІ разрадаў і метэапастамі. Станцыі І разраду абслугоўваюць зацікаўленыя ўстановы і прадпрыемствы звесткамі аб метэаралагічных умовах і матэрыяламі па клімату. Метэастанцыі ІІ разраду акрамя кругласутачнага правядзення і апрацоўкі назіранняў перадаюць даныя па ланцугах сувязі. Метэастанцыі ІІІ разраду выконваюць назіранні па скарочанай праграме і па меншай колькасці тэрмінаў. У табл. 1.2 прыведзены пералік элементаў і велічынь, якія вымяраюцца на метэаралагічных станцыях.

На ўсіх станцыях праводзяцца назіранні за асноўнымі метэаралагічнымі элементамі (тэмпературай і вільготнасцю паветра і глебы, атмасферным ціскам, ветрам, воблачнасцю, ападкам, атмасфернымі з’явамі). У дадатак да іх на некаторых станцыях вядуцца аэралагічныя, актынаметрычныя і градыентныя (цеплабалансавыя) назіранні. Аэралагічныя назіранні ахопліваюць вымярэнні атмасфернага ціску, тэмпературы і вільготнасці паветра,

Табліца 1.1