Как я создавал всеобщую теорию погоды
“Как-то, находясь проездом в штате Калифорния, одним ранним мартовским утром мне очень захотелось узнать погоду на сегодня. Как всегда из-за дерева выглядывало чистое небо без единой тучки”.
Уверения старожил, что в Силиконовой Долине все дни похожи один на другой, разве что температура может отличаться на 2-8 градусов, меня не устраивали. Вчерашней газеты с прогнозом на завтра я не нашел, а за свежей газетой надо было надевать, хотя бы шорты. Проклятый ящик вещал все, что угодно по всем 50 каналам, но без погоды в силиконовой долине. Правда, львы канала Discovery в кратере Нгора - Нгора изнывали от послеполуденного зноя.
Я находился в безвыходном положении, и меня осенила идея – надо научиться рассчитывать погоду в любой точке земного шара по минимуму параметров, еще лучше по графику. Я всегда руководствуюсь принципом наименьшего действия, то есть стараюсь добиться результата с наименьше затратой сил, а средств – подавно.
Первая моя мысль была проста, средняя температура в данной местности прямо зависит от величины тепла, получаемой от Солнца. Ответ я знал еще со школы – это косинус широты. На экваторе все, а на полюсе ничего. А как это ничего, зашевелилась подлая мысль, и на полюсе загорают. Вон, с каким черным лицом приезжают. И опять убеждаюсь, что нет ничего лучше хорошей теории. Это снег тепла не получает, Для него косинус почти равен нулю, а лицо почти всегда перпендикулярно Солнцу и косинус равен единице, вот оно и загорает. И тут я вспомнил про полярника Василия Николаевича – он всегда к Солнцу стоит спиной, даже ночью, вот у него и выгорает шапка на затылке. Первый шок разочарования прошел, работает проклятый косинус.
А червь сомнения не дремлет, подготовил следующий каверзный вопрос. По его мнению, только подающая на единицу поверхности Земли тепловая энергия подчиняется закону косинуса, а все остальное больше зависит от массы других причин. Вот ведь какие последние восемь слов подобрал, гадёныш. Но я привык сначала вычленять главные причины, а потом браться за второстепенные. А поначалу задобрю животину, и от себя добавлю, что температура зависит от интеграла поглощенной солнечной энергии. Представьте себе, Он остался мною доволен. А я разбирай, что навалил. Правда, я стал немного поаккуратнее в мыслях и выражениях. Теперь я буду чаще говорить «может быть» и вспомнил свой рассказ «Злая философия».
Берусь за поглощенную тепловую энергию Солнца. Воздух солнечной энергии сам не поглощает, он нагревается от Земли и всего, что на ней. Долой пока воздух. Чувствуете, как я росту, использовал волшебное слово – пока. Беру чистый воздух без туч. Солнце утром начинает греть, земля интегрально нагревается, Солнце к полудню греет еще сильнее, земля нагревается еще интенсивнее, а с ней и воздух. Если быть математически строгим, то интеграл во времени от косинуса будет синус. А это опять косинус, но со сдвигом во времени. Вот почему воздух максимально теплый во второй половине дня, но не перед закатом Солнца. Если бы Солнце грело равномерно в течение дня, то максимальная температура была бы на закате. Ночью охлаждение земли и воздуха, при ясном небе, идет с постоянной скоростью. Минимальная суточная температура имеет место только на рассвете и тоже зависит от широты места. Итак, одну проблему решили. Максимальная и минимальная суточные температуры зависят от широты места.
Опять слышу червя сомнения. - А как быть, если широты двух мест Земли одинаковы, а температуры разные. Например, Силиконовая Долина с максимальной дневной температурой июля +24,5 гр. Цельсия и Долина Смерти с соответствующей температурой + 58 гр. имеют почти одинаковые широты и разнесены всего на 350 км. Поди, Умник, выкрутись. Отвечаю червяку сомнения – «а я введу в дело теплоемкость воздуха, которая зависит от его влажности». В пустыне воздух сухой, следовательно, он нагревается быстрее и до более высокой температуры и остывает ночью, тоже более интенсивно, это знают даже дети, не бывавшие в пустыне. Влажный воздух, как известно, медленнее нагревается и охлаждается и еще, вдобавок, обладает слабым парниковым эффектом.
Чтобы совсем добить червяка, я добавлю облачность, это тоже влажность – вода. Когда сплошная облачность или дождь днем и ночью температура бывает одинаковая. Получил?
О, если бы, я был стандартной женщиной, радости моей не было бы конца, ведь добил я гада, пора надевать туфли на высоком каблуке и припомадится. А он не сдается и лезет со следующим вопросом. – «Вот Силиконовая долина и долина Смерти и рядом и почти на одной широте и влажность воздуха исходно одинаковая, а температуры разные, слишком разные. Что скажешь, умник?»
Столь длительная беседа заставила мои мозги работать интенсивно, и я парировал укол почти без задержки и, как выяснилось позже, я себя утопил. Я ответил, что все зависит от температуры и интенсивности поступающего воздуха. Океан пассатом дышит на Силиконовую долину умеренно холодным воздухом температурой 13-15 гр., Солнце в Силиконовой Долине его немного прогревает до 25 гр. Цельсия и далее этот, но уже теплый и также сухой воздух, прогреваясь по дороге, поступает на окончательный нагрев в долину Смерти. Вот так.
Читатель, представь себе, что этим ответом я уже не мог насладиться, так как, сам сформулировал уничтожающее меня предложение. И червь сомнения его высказал в самой неприглядной форме. – «Теперь все, что ты сказал», - молвил червь, - «объедини, и твоя всеобщая теория погоды будет готова». Как я зазнался и недооценил сложностей метеорологии, а червь еще не спросил что будет, когда пойдет дождь и огромные промышленные регионы накроются одеялом смога или, хотя бы чистой углекислотой, не говоря о выпавшем снеге. Как деликатен!
На данном этапе я поднял лапки, но внутренне не сдался. Червь ни разу меня не унасекомил про косинус угла места. Вот этим и займусь в первую очередь.
Беру данные Интернета по средней температуре в Силиконовой Долине. Строю на бумаге график среднесуточных температур по месяцам. Чистый синус (косинус), все данные легли в толщину линии. Та моя часть тела, что касается стула, уже больше не может от волнения этого делать. Мне кажется, я мгновенно пишу формулы, связывающие, температуры текущего месяца с минимальной и максимальной и обратно. За одно, на экран вывожу вычислитель перевода гр. Форенгейта в гр. Цельсия. Нахожу средне суточные температуры июля и января для Москвы строю график синусоиды. (Какой примитивизм!)
На приведенной выше диаграмме верхний график соответствует температуре Силиконовой долины. Второй из нижней пары графиков, что посимметричнее, фиолетовый, это температура для Москвы (косинус теоретический). Горбатый график, синий, с подъемом в мае и ноябре – декабре, это данные Мосгидромета, усредненные за последние 20 лет.
- «Смотри, ЧЕРВЬ сомнения, что получилось, и думай. Может быть, ты доделаешь, что я с твоей помощью не смог, ведь у тебя жизнь длиннее моей».
-«Червь, пока. А график то хорош. Еще подумай, почему в конце сентября при высоте Солнца в Москве 57 гр. и высоте Солнца в С.-Ф. в декабре 59 гр. Средние температуры равные +9 гр. по Цельсию?»
На этом я успокоился и отошел от дела с чувством собственного достоинства. Однако проклятый ЧЕРВЬ достал меня и на самой мягкой в мире бороде старика Морфея. Утром я проснулся с чувством творческого зуда, это когда все клеточки организма требуют творчества. Тема во сне была мне навязана ЧЕРВЕМ – как гуляют циклоны и антициклоны.
Ещё со школы я помню, что воздух в циклонах северного полушария вращается против часовой стрелки, а южного – наоборот. Вот именно это и предстояло мне объяснить себе и, заодно, желающим.
В полярных районах воздух плотнее чем в экваториальных, поэтому он низом движется к экватору. Теплые воздушные массы движутся к полюсам в верхней части атмосферы и поэтому более независимы от вращения Земли. Теплый экваториальный воздух, вращающийся с окружной скоростью экватора, при движении к полюсу будет обгонять вращение Земли. В этом и заключен источник сил Кариолиса. Любое тело, движущееся от экватора к полюсу, будет стремиться обгонять вращение Земли. При приближении к полюсам силы Кариолиса уменьшаются, стремясь к нулю. Скорость обгона воздушными массами вращения Земли максимальна в средних широтах (45о). Если вы наблюдательны, то вспомните, что слои газов на планете Юпитер в средних широтах сильно обгоняют среднее вращение. Юпитер есть газовый шар и поэтому потоки газа движутся свободно. Самое сильное завихрение - Красное пятно размером с Землю.
На Земле все не так. Нижние слои воздуха, движущиеся от полюсов, сильно привязаны к твердой поверхности, в принципе, не должны отставать от нее. Верхние слои воздуха, движущиеся к полюсам, будут опережать вращение Земли, образуя планетарные скоростные воздушные реки. Такое распределение скорости вращения воздуха порождает вихри. Эффект завихрений усиливается выступающими континентами. В областях Северного полушария севернее 45о воздух будет вращаться против часовой стрелки, а в экваториальных – по часовой стрелке. В Южном полушарии всё будет наоборот. Совершенно аналогичная картина будет и с океаническими течениями. Что это так, убедитесь, изучив карты или глобус. Границами вихрей будут экватор и область сороковых широт, называемых ещё ревущими широтами. В южном полушарии кроме южной оконечности Южной Америки нет суши в меридиональном направлении, поэтому там существует круговое океаническое течение сороковых широт, называемое течением Западных ветров, обгоняющее вращение Земли и смещено оно на пятидесятые градусы южной широты (влияние южной Америки и Австралии).
В северном полушарии на сороковых широтах суши столько же сколько океанов. Вот она и искривляет океанические потоки. Благодаря одному из них и живет вся Европа в благодатной климатической зоне. Гольфстрим гонит тепло в заполярье. На севере Европы океан не замерзает вообще, в южном полушарии на этих широтах постоянный ледяной панцирь.
Как все это вписать в мою упрощенную теорию погоды я не знаю. Хорошо, что всё это кое-как объясняет вращение циклонов. Интересно, знает ли Червь, что циклоны в экваториальной зоне северного полушария должны вращаться по часовой стрелке? Если не знает, то я его умою. (А вдруг они вращаются против часовой стрелки?) А еще спрошу – почему одни авторы считают, что воздух и вода северного и южного полушарий не смешиваются, а другие с этим не согласны. Что об этом спрашивать. Он наверняка ответит, что они так считают сообразно своим теориям погоды.
Всё! Достал меня червь сомнения. Достал даже ночью, во сне. Видите ли, ему интересно знать – почему кольцевое течение Южного полушария (течение западных ветров) холодные. Я ему ответил после очень долгих раздумий, по моему, остроумно – «А ты потрись животиком о всё побережье Антарктиды, а потоп спрашивай».
На том и расстались, и, кажется, надолго. Правда, вдогонку он шепнул, что я ничего не знаю про антициклоны. Они есть или их нет? Я был готов ответить ему, что антициклоны это как дырки в электронном газе, но червь смылся раньше.
