Обучение в атмосфере научного поиска

Обучение в атмосфере научного поиска

Специальный практикум Кафедры Физики Атмосферы

В последнее время в геофизике вообще и в физике атмосферы в частности пристальное внимание уделяется комплексным проблемам, лежащим на стыках различных областей знаний. Физика атмосферы является уникальным объектом научного исследования и обучения студентов различным подходам и методам иследования – от классических схем экспериментального изучения параметров атмосферы и неконтактных (радиометрических) методов определения температуры в лабораторных условиях до изучения климата Земли на компьютерных моделях и использования искусственных спутников Земли в различных геофизических приложениях.
В связи с этим, в последние годы сложилась концепция развития спецпрактикума кафедры атмосферы, в рамках которой студентов нужно знакомить с самыми современными идеями и методами изучения и моделирования комплексов процессов в атмосфере. Выбранная концепция обсуждалась в ходе активной работы методической комиссии и всего коллектива кафедры.
Спецпрактикум кафедры физики атмосферы используется для обучения студентов всего геофизического отделения (3, 4 курсов, общее число – около 40 чел.), а не только базовой кафедры – физики атмосферы (количество «своих» студентов составляет менее 40% от общего числа). В спецпрактикуме проходят педагогическую учебную практику аспиранты кафедры атмосферы. Перечисленные действующие задачи опробованы на студентах кафедры атмосферы и используются при работе со всеми студентами – геофизиками, что позволяет последним получить комплексное представление о состоянии и развитии новых методов изучения атмосферы и различных взаимосвязей в системе планеты Земля.

Измерения температуры, давления, влажности воздуха и ряда других параметров производятся в одно и то же время на всех метеорологических станциях земного шара. Это дает возможность составить карту погоды, наблюдающуюся в определенный момент на всей Земле, что очень важно для прогнозирования. Для получения адекватного прогноза погоды измерения должны выполняться с достаточно высокой точностью, а показания приборов должны быть приведены к единому международному стандарту.
Данная задача практикума познакомит студентов с устройством основных типов ртутных барометров, позволит с их помощью выполнить точные абсолютные измерения атмосферного давления, а также даст представление о различных поправках к показаниям ртутных барометров, их физическом смысле.
Таким образом, целью данной работы является:
1) Выполнение измерений атмосферного давления по ртутному барометру с проведением оценки точности измерений и сравнения полученных результатов.
2) Знакомство с практическим применением с методами приведения атмосферного давления к уровню моря.
Особое внимание при проведении работы уделено физическим аспектам проведения измерений. Задача рекомендована для студентов 3-го курса.

В ходе выполнения этой, ставшей классической на кафедре, задачи студенты знакомятся с устройством и принципами работы современного радиометра, градуируют его по различным независимым измерениям температуры воды в бассейне, сравнивают полученные результаты.

Радиационный поток от Солнца к Земле, от Земли в космос и перенос энергии от экватора к полюсам являются фундаментальными процессами в климатической системе.
Эти идеи и были реализованы в одной из первых моделей, предложенной М.И. Будыко и, независимо, А. Селлерсом.
Студенты имеют возможность провести исследование поведения модельного климата Земли при разных сценариях внешних изменений, разных способах параметризации и по настоящее время дает пищу для плодотворных размышлений о будущем Земли как планеты.
Предлагаемая задача позволяет изучить изменение среднего климата Земли при изменении баланса солнечной радиации, уходящего излучения и широтного переноса тепла; понять поведение модели при изменении ее параметров.

Как известно, биосфера Земли в процессе длительного эволюционного развития оказалась приспособленной к определенному уровню ультрафиолетовой (УФ) радиации Солнца, проходящего через атмосферу и достигающего земной поверхности. Увеличение уровня УФ радиации вблизи поверхности Земли может приводить к различным разрушительным последствиям для объектов биосферы (растений, животных и человека).
Оптимальный для биосферы уровень приземной УФ радиации долгое время определялся достаточной концентрацией слоя атмосферного озона, в существенной мере поглощающим УФ излучение и предохранявшим биосферу Земли от чрезмерного повышения уровня УФ радиации.
Однако в последнее время, вследствие нарушений состояния озонового слоя Земли, вызванных различными процессами как природного, так и антропогенного происхождения, разрушающее воздействие УФ радиации на различные объекты биосферы существенно увеличивается. Разрушение озонного слоя и связанный с этим рост уровней приземной УФ радиации является в настоящее время одной из важнейших экологических проблем.
Одним из способов анализа и прогнозирования уровней приземной УФ радиации в настоящее время является численное моделирование режима УФ радиации. При этом под режимом УФ радиации подразумевается спектральное и пространственное распределение составляющих потока УФ радиации в атмосфере.
В описываемой задаче спецпрактикума кафедры физики атмосферы используется численная модель процесса переноса УФ радиации в атмосфере, позволяющая вычислять режим УФ радиации в зависимости от вышеперечисленных факторов в определенном приближении, и прогнозировать, т.о., уровни разрушающего воздействия УФ радиации на биосферу Земли для различных сценариев нарушений озонового слоя Земли, а также влияния других факторов, определяющих режим УФ радиации в атмосфере.

Необходимость глобального мониторинга нестационарной и неоднородной ионосферы как части Земли очевидна. Для этой цели создаются национальные сети стационарных станций приема GPS сигналов. В каждой точке земного шара одновременно видно не менее четырех спутников системы GPS и если бы было возможно обладать равномерно распределенной по поверхности земли сетью станций слежения за спутниками, то можно было бы осуществлять глобальный мониторинг атмосферы и ионосферы земли, выделять неоднородные структуры в них, исследовать их характеристики, движение и т.п. К сожалению, география земли такова, что не возможно разместить станции слежения в каждой ее точке, в данный момент в мире существует более 1000 наземных станций, которые довольно широко покрывают Северную Америку, Европу и гораздо хуже Азию. Меньше станций GPS на Тихом и Атлантическом океанах.
Схема размещения станций показана на рисунке.

Рис. 1. Схема размещения наземных GPS-приемников.

На каждой станции находится двухчастотный многоканальный приемник, с помощью которого на двух когерентно-связанных частотах осуществляется высокоточные измерения группового и фазового запаздывания на луче зрения между приемником на земной поверхности и передатчиками на ИСЗ системы GPS. Координаты станции измерены с миллиметровой точностью. Станции могут записывать отдельные или все параметры из следующего списка:
• значение фазы принимаемого сигнала на частотах L1 и L2,
• псевдодальность, восстановленная по C/A-коду на L1 (C1)
• псевдодальность, восстановленная по P-коду на частотах L1, L2 (P1,P2)

Станции принадлежат различным организациям в разных странах мира, у каждой из которых своя политика относительно методики измерений и доступа к полученной информации. Часть организаций выставляет информацию об измерениях в публичный доступ и записывает данные в стандартном формате – формате RINEX (receiver independence exchange format).
В мире существует множество национальных ассоциаций обладающих сетью наземных станций слежения. Информация из данных сетей доступна в центре SOPAC. SOPAC – The Scripps Orbit and Permanent Array Center институтов Cecil H. and Ida M. Green Institute of Geophysics and Planetary Physics (IGPP), Scripps Institution of Oceanography (SIO), University of California, San Diego (UCSD). Центр SOPAC содержит архив 250 южно-калифорнийских станций и является ведущим участником в International GPS Service (IGS).
В рамках работ по инновационному проекту проведена подготовка новой задачи спецпрактикума кафедры физики атмосферы по изучению физики работы и свойств измерительных сигналов спутниковой навигационной системы GPS, ориентированной на приобретаемые навигационные приемники Trimble Total Station 5700.
Примеры окон при работе с программой приведены ниже.

Рис. 2. Визуализация загруженных данных.

Так, студент имеет возможность визуализовать и исследовать свойства всех наблюдаемых параметров от всех GPS PRN, оценить геометрию их месторасположения относительно приемной станции, выбрать ИСЗ для решения навигационной задачи (т.е. по сути, практически моделировать работу навигационного приемника), рассмотреть влияние ионосферы на точность местоопределения, исследовать временн`ую динамику определения координат приемной станции.

Задача находится в стадии адаптации к приобретаемой приемной технике, апробируется с использованием различных наборов данных в ходе занятий со студентами 4-го курса.

Рис. 3. Имитация работы приемного устройства – анализ спутниковой геометрии.

Рис. 4. Примеры выделения ионосферы.

Результат решения навигационной задачи представлен на рис 5. Видна эволюция местоположения неподвижного маркера (приемной станции) во времени.

Рис. 5. Результаты решения навигационной задачи.

В ходе работ по инновационному проекту осуществлена модернизация задачи в рамках новой естественнонаучной специализации и магистерской программы. Суть проведенной модернизации заключается в адаптации задачи для студентов 3-го курса, что делает возможным ее использование в учебном процессе при подготовке бакалавров. После модернизации в задаче детально рассматриваются физические аспекты геодезических применений системы GPS. При проведении измерений на местности используется одночастотный приемник сигналов GPS Garmin eTrex Vista. Студенты должны определить географические координаты выбранных точек на местности, имеют возможность с помощью специализированной программы рассчитать длину меридиана и параллели на данной широте и сравнить с измеренной на местности. В процессе измерений в разных условиях студенты знакомятся с влиянием атмосферы и ионосферы на результаты измерений. Создано новое описание задачи.

На кафедре физики атмосферы МГУ совместно с ИЗМИРАН была создана задача спецпрактикума “Обработка ионограмм”. Сохранение данных в цифровой форме обеспечивает компактность их хранения и пересылку по компьютерным сетям, что позволяет современному исследователю пользоваться данными геофизических измерений со всего мира. Поэтому представляется важным ознакомить студентов с цифровыми ионограммами и методами их компьютерной обработки.
Было составлено руководство по выполнению лабораторной работы, создан, записан и постоянно обновляется обширный электронный каталог ионограмм и разработана компьютерная программа для обработки цифровых ионограмм.
Эта программа позволяет отображать цифровые ионограммы, записанные в графических форматах gif и BMP. Студенты выполняют следующие исследования:
• определение критических частот и действующих высот,
• определение МПЧ и коэффициентов МПЧ (в соответствии со стандартными кривыми передачи для трассы 3000 км),
• аппроксимацию ионограмм кривыми, содержащими логарифмическую особенность, с последующим сохранением полученной высотно-частотной характеристики, а также
• проведение автоматической реконструкции истинных высот по действующим в предположении монотонного роста электронной концентрации с высотой (в том числе при учете магнитного поля).

Рис. 6. Измерение критических частот и действующих высот с помощью программы ion.

Программа ion работает под управлением ОС Windows и обладает развитым удобным пользовательским интерфейсом. На рис. 6 изображено измерение критической частоты обыкновенной волны. Измеряемые частота и действующая высота отображаются в информационной строке в нижней части окна. На рис. 7 показано измерение МПЧ посредством стандартных кривых передачи. В информационной строке указаны: критическая частота, МПЧ и коэффициент МПЧ.
Возможность аппроксимации ионограммы кривой, содержащей логарифмическую особенность, продемонстрирована на рис. 8. Результат аппроксимации может быть сохранен в файл данных (меню Curve/Save), а также преобразован в значения истинных высот как при учете (меню Curve/Calculate with fH), так и без учета магнитного поля (меню Curve/Calculate), которые также сохраняются в файлы данных. Кривые истинных и действующих высот, соответствующие ионограмме, изображенной на рис. 8., приведены на рис. 9.

Рис. 7. Измерение МПЧ.

Рис. 8. Измерение действующих высот и вычисление по ним истинных высот.

Рис. 9. Действующие высоты и реконструированные по ним истинные высоты при учете и без учета магнитного поля.

Выполнение лабораторной работы “Обработка ионограмм” позволяет студентам ознакомиться со структурой ионосферы и динамикой ее основных характеристик, основными принципами работы ионозондов, а также с классическими методами зондирования ионосферы.
Руководство по выполнению лабораторной работы содержит теоретическую часть, в которой изложены основные сведения о структуре ионосферы, модель образования чепменовского слоя, простейшая магнитоионная теория распространения радиоволн в ионосферной плазме, принципы радиозондирования ионосферы. В практической части описывается порядок обработки ионограмм, детально изложены правила работы с программой ion, рекомендации по определению погрешностей измерений. Упражнения выполняются на заданном преподавателем наборе цифровых ионограмм.
Необходимо отметить, что помимо чисто учебных целей программа обработки ионограмм ion используется в научных исследованиях, проводимых в ИЗМИРАН и на физическом факультете МГУ.

Создание атмосферы сотворчества, совместного научного поиска при использовании различных средств и форм обучения гуманитарных дисциплин

Уроки в общеобразовательной школе, реализуемые через технологию педагогических мастерских, помогают осуществлению творчески-созидательной функции и предполагают решение целого ряда актуальных взаимосвязанных задач:– развитие способности эстетического постижения действительности и искусства как умения вступать в духовное общение с миром человеческих чувств, эмоций, жизненных реалий;

– направленность на активизацию “ассоциативного поля”, образного мышления как способа художественного освоения бытия;

– моделирование состояния вдохновения, “игра” с элементами творчества, “спонтанная” ситуация;

– создание на занятиях атмосферы созидания, заинтересованности, непринужденности, определяющих процесс художественного открытия;

– воспитание навыков импровизации;

– формирование способностей к художественному обобщению как необходимой предпосылки для целостного восприятия;

– создание эстетических ситуаций – важнейшего условия для возникновения эмоционально-творческого переживания действительности;

– всемерное стимулирование художественной культуры на основе реализации собственного творческого опыта.

Обобщение опыта работы французских мастерских дало возможность описать некоторые положения технологии в виде следующих правил:

. Мастер создаёт атмосферу открытости, доброжелательности, сотворчества в общении .

. В процессе занятий мастер обращается к чувствам ребёнка, пробуждает в нём интерес к изучаемой проблеме (теме).

. Он работает вместе с детьми, мастер равен ученику в поиске знания.

Мастер не торопится давать ответы на поставленные вопросы.

. Важную информацию он подаёт малыми дозами, если обнаруживает потребность в ней у учащихся.

. Исключает официальное оценивание работы учащегося (не выставляет отметок в журнал, не ругает, не хвалит), но через социализацию, афиширование работ даёт возможность появления самооценки учащегося, её изменения, самокоррекции.

Требования к речи специалиста

чистота (без жаргонов)

МЕТОДИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РЕЧИ УЧИТЕЛЯ:

средняя скорость речи (120 слов в мин)

умение пользоваться паузами

использовать психологические паузы

говорить с интонацией, ставить логические ударения

Виды конфликтов

Конфликт — это проявление объективных или субъективных противоречий, выражающихся в противоборстве сторон.

Конфликт — это наиболее острый способ разрешения значимых противоречий, возникающих в процессе взаимодействия, заключающийся в противодействии субъектов конфликта и обычно сопровождающийся негативными эмоциями.

В структуре конфликта выделяют:

объект (предмет спора);

субъекты (отдельные индивиды, группы, организации);

По источникам возникновения (конфликты интересов, ценностей, идентификации).

По социальным последствиям (успешные, безуспешные, созидательные или конструктивные, разрушительные или деструктивные).

По масштабности (локальные, региональные, межгосударственные, глобальные, микро-, макро-, и мегаконфликты).

По формам борьбы (мирные и немирные).

По особенностям условий происхождения (эндогенные и эксогенные).

По отношению субъектов к конфликту (подлинный, случайный, ложный, латентный).

По использованной сторонами тактики (сражение, игра, дебаты).

Разрешить конфликт (рекомендации):

-дать раздражению частичный выход

-приказывать себе останавливаться

-искать способы самоуспокоения

-нужно дать понять оппоненту, что вы хотите остановить кипение страстей

-оставить обиды в прошлом

Стратегия конструктивного поведения в конфликте.

Человеку нужно предпринимать меры:

установить некоторое расстояние

надо уметь выжидать

нужно искать подход

Способы выяснить, что случилось:

-ограничить сферу доверия

-действовать, соблюдая меры предосторожности

-иметь ввиду, если недоверие, то это препятствие

Разрешить конфликт (рекомендации):

-дать раздражению частичный выход

-приказывать себе останавливаться

-искать способы самоуспокоения

-нужно дать понять оппоненту, что вы хотите остановить кипение страстей

-оставить обиды в прошлом

Когда человека захлестывают эмоции (что делать):

-нужно быть терпеливым и вежливым

-нужно успокаивать человека

-не отвечать собственным раздражением

-на вопросы отвечать нейтральным тоном

начинать с похвалы и искреннего признания достоинства) не говорить об «ошибках» прямо) прежде чем критиковать других, начать с собственных ошибок

вместо того, чтобы командовать, поинтересоваться: «не могли бы сделать.

дать возможность спасти свой престиж

хвалить человека за малейший успех

создавать человеку хорошую репутацию

покажите, что допущенную ошибку можно легко исправить

найдите способ сделать так, чтобы вашу просьбу выполнили с желанием

должна быть уместна (Кто виноват? Что нужно сделать, чтобы исправить положение? Как предотвратить подобное в будущем?)

нужно выслушать и изложить свое понимание ситуации

не забывать о мотивах (мотивы у детей, например)

нужно показать, что проблема разрешима

критика не должна убивать в человека в человеке

нельзя нарушать доверие между людьми

нужно быть конкретным

если отвергается чужое предложение, то нужно предлагать свое

соответствие своим требованиям

показывать пример самокритичности

52) условия эффективности убеждающего пед взаимодействия. Критика.

Понять, что другая сторона может иметь другое мнение, другие оценки, другие интересы Слушать, не перебивая Выяснить, в чем другая сторона видит причину конфликта четко сформулировать предмет обсуждения Взять под контроль собственные эмоции Дать другой стороне необходимую информацию, т.е. информацию о том, в чем именно я вижу причину конфликта, а также то, как я понимаю позицию оппонента . Постараться вскрыть за мнимыми причинами истинные . Локализовать конфликт Выяснить для себя, что Вас разъединяет Установить общие точки зрения и цели Искать общие решения, устраивающие обе стороны в достижении общих целей.

Дата добавления: 2016-07-29 ; просмотров: 869 | Нарушение авторских прав

В атмосфере научного поиска

Впервые в России на биолого-почвенном факультете Санкт-Петербургского Государственного университета по инициативе профессора Андрея Бродского создана образовательная программа «Биоразноообразие и охрана окружающей среды». Ее основная задача — подготовка специалистов для работы в сети особо охраняемых природных территорий (ООПТ) Северо-Запада России.

Новая образовательная программа сочетает глубокую теоретическую подготовку с практической направленностью. В основе подготовки будущих специалистов лежит базовое биологическое образование. Оно включает 4 основных блока теоретических дисциплин: разнообразие видов, генетическое разнообразие, а также разнообразие экосистем и ландшафтов. Кроме того, будущий специалист должен обладать знаниями, необходимыми для управления охраняемыми территориями, владеть методами развития правовой и экономических баз охраняемых природных территорий и регламентации хозяйственной деятельности на них. Большое внимание уделяется подготовке будущих специалистов к работе в общероссийской сети ООПТ, для чего первостепенное значение имеют навыки «паблик рилейшнс» и свободное владение английским языком.

Важное место отводится летней полевой практике, когда студенты знакомятся с методами изучения биоразнообразия, которыми им придется пользоваться в своей работе.

В учебном плане студентов представлены предметы, без освоения которых невозможно свободно ориентироваться в сложном мире природы. К их числу относятся «Лесопользование и лесное хозяйство», «Основы охотоведения» и многие другие.

В рамках программы ежегодно проводятся междисциплинарные семинары, где обсуждаются актуальные вопросы сохранения биоразнообразия и охраны окружающей среды. В семинарах, кроме научных работников, участвуют представители комитетов лесных и природных ресурсов, различных производств и фирм с экологическим уклоном. А для студентов

4 курса семинар стал постерной сессией, где они защищают свои курсовые работы. Участники семинара знакомятся с творческими поисками студентов на постерах и дают им свои оценки. В этом году семинар был посвящен экологическому туризму на особо охраняемых природных территориях. Проходил он 21 апреля в Петровском зале Санкт-Петербургского Государственного Университета.

Участники семинара обменялись мнениями о ландшафтных условиях формирования региональных систем, организации рекреации и экологического просвещения на ООПТ регионального значения.

В нынешнем году исполняется

10 лет со времени организации Ассоциации заповедников и национальных парков Северо-Запада России. Ассоциации как организатору экологического просвещения и туризма на особо охраняемых природных территориях был посвящен основной доклад семинара. Его подготовили Президент Ассоциации заповедников и национальных парков Северо-Запада России В. Белянин, ученый секретарь СПбОЕ А. Заварзин, директор национального парка «Водлозерский» О. Червяков.

А коронным номером семинара стало представление курсовых работ студентов и оценка их практиками — участниками семинара. Направление работ четверокурсников самое разнообразное — от оценки разнообразия неморально-травяных осинников на Северо-Западе России до итогов и перспектив акклиматизации дальневосточной горбуши в бассейне Белого моря.

Людмила Купченко и Иван Феоктистов обследовали насаждения во Фрунзенском районе Санкт-Петербурга. Как известно, состояние деревьев в городе зависит от интенсивности движения транспорта. Результаты анализа показали, что наиболее различаются по состоянию насаждений пр. Славы и улица Турку. Проспект оказался загрязненным, а улица — «чистая». На улицах Фучика и Дмитриева состояния насаждений — сходные, и движение транспорта здесь не столь интенсивное, поэтому их можно охарактеризовать как чистые. По Бухарестской улице движение более интенсивное, и состояние деревьев оставляет желать лучшего.

Комиссия довольно высоко оценила работы студентов: лишь одна «потянула» на тройку, остальные — на «хорошо» и «отлично», а двум работам поставили пятерки с плюсом.

Подобная защита курсовых работ на биолого-почвенном факультете проводится уже в шестой раз. «С самого начала мы решили, что очень важно продемонстрировать результаты деятельности студентов широкой экологической общественности, — говорит профессор А. Бродский. — Такой выход в „свет“ полезен и для экологов, а студентам он позволяет окунуться в атмосферу научного поиска, разных мнений. Студентам нужно знать, в каком мире они живут. Поэтому мы окружаем их научной атмосферой поиска серьезной истины. Вот, что нам важно».

Стоит отметить, что некоторые работы студентов используются в практике «зеленого строительства». В частности, они «высветили» многие интересные аспекты: почему, например, в городе нужно высаживать липы, вязы, а не тополя. При анализе здоровья лип студентам удалось доказать, что применявшиеся критерии для оценки далеки от объективности и не отражают действительное состояние насаждений. А липа — одна из основных природных культур.

Следующий открытый междисциплинарный семинар намечен на апрель будущего года. Его предполагаемая тема «Создание магистерской программы „Биоразнообразие и охрана природы“ в духе требований Болонской конвенции».

Как изучают атмосферу? Значение атмосферы для Земли. Наука, изучающая атмосферу

Значение атмосферы для Земли было осознано человечеством давно. Ее воздушные слои служат щитом от жесткого космического излучения и метеоритов, не составляя преграды для солнечных лучей, не пропускают обратно тепловое излучение поверхности планеты.

Зачем нужно изучать процессы в атмосфере

Можно ли было предотвратить потопление эскадры из шестидесяти британских и французских военных кораблей в Черном море? Это случилось четырнадцатого ноября 1854 года во время Крымской Войны. После изучения предоставленных метеорологических сводок Урбен Леверье (Парижская обсерватория) пришел к выводу, что можно было предвидеть ураган (значит, не давать приказа выходить в открытое море), спрогнозировать это явление.

Этот исторический пример доказывает неизбежность развития науки, позволяющей наблюдать за атмосферой и прогнозировать ее поведение.

От того, как изучают атмосферу сегодня метеорологи, зависит определение оптимальных погодных сроков работы на полях, авиация без срочных прогнозов поведения воздушных масс становится не безопасной. Подтопления, град, ураганы, засухи — это неполный список природных явлений, происходящих в атмосфере.

Чем и как изучают атмосферу: первые исторические попытки организации наблюдений

Аристотель еще в четвертом столетии до нашей эры написал труд, названный им «Метеорологика» (Ликейский период Аристотеля — с 334 по 322 год до н. э.). Поэтому наука, изучающаяя атмосферу, называется метеорология.

Возможность изучения метеоусловий возникла после изобретений в 17 веке Галилео Галилеем термометра (фиксация температуры) и барометра (измерение давления) Отто фон Герике. Флюгер (измерение направления ветра), анемометр (измерение скорости движения воздуха), гигрометр (измерение влажности), плювиограф (измерение количества осадков), созданные в этом же веке, расширили список фиксируемых параметров атмосферы.

Сеть из девяти метеостанций (самая первая в истории) в Италии с 1854 по 1667 собирала информацию о параметрах атмосферы.

Вторая европейская сеть метеостанций (1723-1735) работала по инструкции, содержащей стандартные таблицы измерений с методическими указаниями по пользованию приборами, написанной Джеймсом Джурином (Лондон).

Одновременно в России на двадцати четырех метеостанциях (1733-1744) велись наблюдения за атмосферой (инструкция Даниила Бернулли).

Строение атмосферы

В зависимости от процентного состава газообразных составляющих, их температуры воздушную оболочку планеты принято делить послойно.

Тропосфера — воздушная масса, прилегающая к поверхности. Высота нижнего слоя меняется от полюсов к экватору — над полюсами до 8 километров, над экватором до 17. Нагрев воздуха в нем происходит от поверхности планеты, через каждые сто метров температура понижается на 0,6 градуса Цельсия. На верхней границе слоя температура равна приблизительно минус 55 градусов.

Воздушные массы в тропосфере самые плотные (действует притяжение Земли), они находятся в постоянном движении, именно здесь образуются облака из маленьких капелек испаряющейся с поверхности воды.

Стратосфера — следующий большой воздушный слой, его высота — до пятидесяти пяти километров. Воздух разрежен, температура сначала падает, затем подымается с высоты в двадцать пять километров (на один-два градуса на каждый километр высоты).

Мезосфера — высота до восьмидесяти-восьмидесяти пяти километров, рост температуры продолжается.

Термосфера — ее высота — восемьсот километров.

Мезосфера и термосфера — это ионосфера. Атмосферное явление — полярное сияние — формируется именно в ионосфере.

Самый дальний от поверхности планеты слой с температурой в две тысячи градусов — экзосфера.

Какими способами изучают атмосферу

Количество параметров, характеризующих воздушные массы, известны давно. Ученые разных стран еще в девятнадцатом веке пришли к соглашению о единой системе, в которой должны производиться измерения.

К методам изучения атмосферы относятся наземные (метеорологические станции), аэродинамические (радиозонды, ракеты), спутниковые и орбитальные (искусственные спутники Земли и орбитальные космические станции).

Метеостанции

Во всем мире на сегодняшний момент существует порядка восьми тысяч метеоплощадок, оснащенных единообразными измерительными приборами для изучения атмосферы . Они фиксируют следующие параметры:

температура (используются различные виды термометров, максимальный и минимальный — для измерения максимума и минимума температуры воздуха за определенный период, термометры для измерения температуры почвы, термограф (самописец) — для регистрации показаний);

атмосферное давление (барометр и барограф — для регистрации);

влажность воздуха (абсолютная и относительная — гигрометром и психрометром, гигрограф — для регистрации);

скорость ветра и направление (флюгер со шкалой — анеморумбометр);

количество осадков за период измерений (осадкомер и плювиограф — для регистрации);

высота снежного покрова (специальная рейка).

На части метеостанций регистрируются гололед, изморось, лед.

Часть метеостанций с более высоким статусом (определяются государственными метеокомитетами) измеряю нижнюю границу облачности (направленными прожекторами), оптическую дальность, испарение почвы, солнечное излучение.

Все метеостанции свои наблюдения передают в единые центры. В России это Р осгидромет.

Аэрологические станции

Скорость и направление ветра, температуру, давление на высотах от тридцати метров до сорока километров (тропосфера и часть стратосферы) регистрируют с помощью системы АРЗ-РЛС (аэрологический зонд — радиолокационная станция).

Зонд — это специальный баллон (из резины или пластика, заполненный водородом или гелием (несколько реже, хотя менее опасно) для поднятия вверх и контейнер с датчиками температуры, давления. Сигналы датчиков преобразуются в радиосигнал, затем передаются на РЛС.

Радиолокационная станция принимает сигналы и расшифровывает их. РЛС «ведет» радиозонд, отслеживая его положение по вертикали и горизонтали.

Таким образом аэрологическая станция получает самые достоверные данные о температурах, давлении и о скорости и направлении ветра на различных высотах.

Так как изучают атмосферу с помощью зондов всего лишь от двух до четырех раз в сутки, этого совершенно недостаточно для сиюминутного знания о состоянии воздушных масс (перемещение, облачность).

Для нужд ветровых станций и аэродромов в последнее время разработаны содары (работают на акустических волнах), лидары (используют оптическое излучение), радиолокаторы – радары (радиоволны) и профайдеры (радиоакустическое и электромагнитное излучение).

Метеорологические ракеты

Исследование атмосферы на высотах до ста километров проводятся с помощью запусков геофизических (метеорологических) ракет. К сегодняшнему дню многие страны создали станции для пуска ракет по всему миру (около пятидесяти).

Принципы ракетостроения, система запусков, обработки сигналов и отслеживание ракеты разработаны были еще в Советском Союзе в пятидесятых годах прошлого столетия.

То, как изучают атмосферу с помощью ракет, достаточно уникально. Суть методики изучения атмосферы данным способом состоит в следующем. В голову ракеты устанавливаются и крепятся измерительные приборы. Ракету вывозят на стартовую площадку станции, размещают в пусковой установке. После старта ракета уходит в заданном направлении, ее путь отслеживается радиолокатором. В зависимости от поставленной задачи на нужной высоте (от 70 до 80 км) головная часть отделяется от двигателя. Раскрывается парашют приблизительно на высоте около ста километров, и ракетозонд начинает падение к поверхности. Все производимые на спуске измерения передаются на наземные станции. На начальном этапе падения скорость начинает увеличиваться, достигая своего максимума на высоте около шестидесяти километров. Плотность воздуха на этой высоте достаточна для начала работы парашюта. Головная часть ракеты на парашюте плавно спускается на поверхность. Траектория падения (дрейфа в атмосфере) отслеживается локатором.

Давление, температура и, наконец, основное — скорость и направление ветра, измеряются ракетой с высокой точностью.

Научные исследования с помощью пусков ракет не ограничиваются только этими измерениями, на этих высотах предметом изучения могут быть и состав воздуха и озоновый слой, и солнечное излучение, и радио магнитное излучение.

Исследования с помощью спутников и орбитальных станций

Космическая эра наблюдений (исследований) началась с запусков искусственных спутников земли (4 октября 1957 года был запущен первый советский спутник).

На сегодняшний день спутники, облетая планету, предают информацию через каждый час-полтора, охватывая полосу поверхности планеты шириной от километра до трех. Следующий виток проходит рядом, поэтому за двенадцать-четырнадцать оборотов метеорологи получают полную (кроме полюсов) фотографическую картинку поверхности и облачных масс.

Облака в «стерильной» атмосфере

Воздух практически полностью состоит из двух основных газов: азота (78%) и кислорода (20%). Оставшаяся пара процентов приходится на все остальные компоненты: водяной пар, аргон, углекислый газ, разнообразные прочие газы (в том числе и довольно сложная органика) и аэрозоли (то есть микроскопические твердые частицы или капельки жидкостей) естественного и антропогенного происхождения. С точки зрения комфортной жизни человека нет ничего хорошего, когда концентрация этих примесных компонентов становится аномально высокой: скажем, дышать задымленным воздухом опасно, да и про кислотные дожди наслышаны, наверное, все.

Но можно задать и такой вопрос: стоит ли стремиться к тому, чтобы полностью очистить атмосферу от этих примесей (разумеется, если бы у нас была такая возможность)? Оказывается, полная «стерилизация» атмосферы привела бы к разнообразным и зачастую неочевидным изменениям, которые полностью нарушили бы привычный уклад жизни. Рассмотрим в этой задаче только один пример: влияние состава атмосферы на облака и дожди.

Представим себе атмосферу, состоящую исключительно из азота, кислорода и водяного пара в тех пропорциях, в которых они реально присутствуют в атмосфере. От водяного пара никуда не деться, поскольку при слишком сухом воздухе тут же усилится испарение с поверхности океана. В длительной перспективе такая атмосфера, конечно, будет губительна для нынешней биосферы, как из-за отсутствия углерода, так и за счет неизбежных суровых климатических изменений. Но нас в этой задаче будет интересовать только конкретный сиюминутный погодный отклик — а именно, что при этом произойдет с облаками и с осадками. Для простоты, будем говорить про «теплую» атмосферу (то есть считаем, что температура достаточно высока для того, чтобы препятствовать образованию ледяных кристалликов и снега).

Задача

Опишите, как изменится «жизнь» дождевых облаков в такой стерильной атмосфере. Будут ли они возникать чаще или реже? Удлинится или сократится их типичное время жизни? Изменится ли при этом вероятность и интенсивность осадков, и если да, то как?

Подсказка 1

Для начала надо понять, почему вообще образуются облака. Облака — это взвесь из микроскопических капелек воды. Это явление той же природы, что и «туман», идущий из носика чайника или поднимающийся от чашки горячего чая. Тут сразу надо развеять одну терминологическую неточность. В быту мы этот «туман» называем «паром», но это не то, что понимают под словом «пар» в науке. Настоящий пар — это однородно распределенный в воздухе невидимый газ из молекул воды, а вовсе не взвесь из капелек.

При каждой конкретной температуре существует предельная концентрация пара, который еще «держится» в газовой фазе без конденсации. Отношение реальной концентрации паров воды к предельной (при заданной температуре) называется относительной влажностью воздуха (на самом деле существует целый набор физических величин, характеризующих влажность воздуха). Пока относительная влажность менее 100%, пар может спокойно содержаться в воздухе. Но стоит эту грань перейти, то есть вызвать пересыщение пара (или, говоря иначе, перейти через точку росы), его избыток может конденсироваться в воду. В первом приближении это и есть процесс, приводящий к образованию тумана или облаков.

Предельная концентрация быстро увеличивается с ростом температуры, благодаря чему получать пересыщенный пар довольно легко: сначала надо испарить много пара в горячем воздухе, а затем охладить его. Бытовой «пар» образуется как раз по этой причине.

Эти вводные объяснения еще не дают ответа на вопрос задачи. Для него надо понять, как начинается процесс образования капелек на микроскопическом уровне и какую роль тут могут играть примесные газы и аэрозоли. Конечно, за всем этим стоят настоящие физико-химические вычисления, но знать их, разумеется, не требуется. Надо лишь почувствовать явление, применив общий естественнонаучный багаж знаний.

Подсказка 2

Конкретные вопросы, над которыми стоит подумать, таковы:

  • Если пар лишь чуть-чуть пересыщен (то есть если пересыщение составляет, например, 0,0001%), означает ли это, что молекулы воды при столкновении сразу же начнут слипаться, образуя растущую капельку?
  • Если нет, то что мешает капельке образоваться?
  • Какую роль в этом процессе играют микроскопические твердые частицы, взвешенные в воздухе?
  • Какую роль в этом процессе играют такие газы, как SO2?
  • Если сравнивать две ситуации (капли образуются за счет самостоятельной конденсации пара или что-то помогает им образоваться), чем отличается количество и размер капель? Как это скажется на свойствах облаков и осадков?

Решение

Порог образования капли при гомогенной нуклеации

В стерильной атмосфере капли могут возникнуть только за счет спонтанного слипания друг с другом молекул воды. Такой процесс зарождения капли называется гомогенная нуклеация: «гомогенная» — поскольку в процессе участвуют только молекулы одного сорта.

Если пар пересыщен, то отдельные молекулы воды, разумеется, об этом не «знают». Поэтому в тот момент, когда влажность воздуха превышает 100%, столкновения молекул друг с другом протекают так же, как и раньше, а именно сталкиваются и разлетаются. Время от времени, впрочем, происходит и неупругое столкновение молекул, некоторым из них передается излишек энергии, они улетают прочь, а остальные молекулы на какое-то время остаются сцепленными вместе. Конечно, вероятность столкновения сразу нескольких молекул очень мала, но с другой стороны, ежесекундно в воздухе происходит огромное количество «попыток» столкновений.

Размер молекулы воды составляет примерно 0,15 нм, поэтому в макроскопическом объеме влажного воздуха непрерывно возникает большое число водных кластеров размером в десятые доли нанометра. Если же подождать достаточно большое время, то, вероятно, можно дождаться и кластера размером 1 нанометр. Существенно более крупные кластеры спонтанно, за счет флуктуаций плотности, не возникнут.

Когда пар ненасыщен, эти наноразмерные капельки-кластеры нестабильны и быстро испаряются. То тоже происходит и если пар слегка пересыщен. Это может вызвать удивление, ведь пересыщенность пара как раз означает, что излишку влаги «удобнее» конденсироваться, а не оставаться в газовой фазе. Но противоречия тут нет: дело в том, что описанная выше предельная концентрация относится к плоской поверхности воды. Для плоской поверхности при 100-процентной влажности темпы испарения и встречной конденсации пара равны, а выше 100% — темп конденсации преобладает. Если же в воздухе висит капелька с некоторым радиусом кривизны, то при строго 100-процентной влажности (а значит, и при некотором превышении 100%) испарение с ее поверхности идет интенсивнее, чем встречная конденсация, и чем меньше капля, тем сильнее этот дисбаланс. Так получается потому, что сила сцепления молекулы на поверхности капли с «соседями» чуть слабее, чем на ровной поверхности (рис. 2).

Для того чтобы капля радиуса R не испарилась, а, наоборот, росла, надо, чтобы процесс конденсации шел еще интенсивнее, то есть чтобы относительная влажность превышала не 100%, а еще большую величину. Это критическое пересыщение тем сильнее, чем меньше капля. Точная зависимость порогового пересыщения (а точнее, давления насыщенных паров над искривленной поверхностью) от радиуса капли дается уравнением Кельвина. Для нас эта точная формула не важна, достаточно лишь узнать одно базовое число: для того чтобы удержать от испарения каплю радиусом 1 нанометр, требуется пересыщение в сотни процентов!

Таким образом, мы приходим к выводу: гомогенная нуклеация в стерильной атмосфере — процесс с очень высоким порогом пересыщения, и образование капельки за разумные времена возможно лишь при пересыщении в несколько раз. Стоит отметить, что в реальных условиях такое сильное пересыщение не наступает практически никогда.

Образование капель в реальной атмосфере

Оказывается, в реальной атмосфере есть множество факторов, радикально понижающих этот порог. Благодаря им конденсация пара эффективно идет при пересыщении всего лишь в 1% (то есть при относительной влажности 101%) или даже меньше.

Во-первых, любые микроскопические частицы запускают и дополнительно стабилизируют наноразмерные капельки воды. Просто молекулам воды легче держаться вместе, если они вдобавок находятся на смачивающей подложке. Поэтому когда пар пересыщен, но пересыщение недостаточно для гомогенной нуклеации, наличие в нём микроскопических частиц может привести к быстрой конденсации на них воды.

Однако наличие микрочастиц вовсе не обязательно для эффективной конденсации. Например, в атмосфере присутствует диоксида серы (SO2). Он может окислиться до сульфат-иона SO4 2– , который притянет к себе молекулы воды, формируя вокруг себя нанометровую капельку раствора серной кислоты. Молекулы воды на такой капельке удерживаются охотно, поэтому даже один сульфат-ион может существенно уменьшить испарение воды с поверхности наноразмерной капельки. Более того, испарение может ослабнуть настолько, что капелька будет расти (до определенного размера) даже при влажности ниже 100%.

В реальности дело обстоит, конечно, намного сложнее. Капельки серной кислоты вначале сливаются сами друг с другом, им при этом дополнительно помогает присутствующий в атмосфере аммиак, и они образуют центры конденсации (англоязычное сокращение — CCN, cloud condensation nuclei) размером в десятки и сотни нанометров. Именно на них потом начинает конденсироваться вода из пересыщенного пара.

Таким образом, при гетерогенной нуклеации (то есть когда пару помогают конденсироваться другие молекулы) возникает противоборство двух эффектов: усиление испарения за счет кривизны капли (эффект Кельвина) и ослабление испарения за счет химического состава капли (закон Рауля). Это противоборство обычно показывают на графике, называемом кривой Кёлера (см.: Kohler curve, рис. 3). Серая пунктирная кривая, взмывающая вверх, показывает необходимое пересыщение для гомогенной нуклеации, то есть в отсутствие растворителей. Разноцветные кривые показывают реальное пересыщение для разных размеров центра конденсации. Например, для размера 50 нм (красная кривая) первоначальная капелька стабилизируется при 100-процентной влажности на диаметре 200 нм. Если влажность повысится, капелька поначалу будет слегка расти, но как только пересыщение достигнет 0,45%, капля станет неустойчивой, начнет лавинообразно собирать на себя воду и превратится в настоящую облачную каплю размером в десятки микрон.

Интенсивность осадков

Главный вывод из всего этого рассуждения таков: если в реальных условиях образование капель идет легко и требует очень небольшого пересыщения, то в «стерильной» атмосфере образование капли — процесс исключительно маловероятный. Это означает, во-первых, что в такой атмосфере облака будут практически отсутствовать, а во-вторых, даже если они и образуются, то они не смогут долго держаться, а тут же прольются мощным ливнем.

Этот вывод следует вот из чего. Когда капля превышает пороговый размер и начинает расти, то она растет до тех пор, пока не вберет в себя достаточно воды для того, чтобы концентрация оставшегося пара в воздухе (по крайней мере, вблизи капли) снова упала ниже критического значения. На этом рост капли за счет этого механизма останавливается.

Когда центров конденсации много, пар конденсируется одновременно во много капель, и каждая капля так и остается небольшой. Если же центров конденсации мало (как в случае стерильной атмосферы), то капель получается очень мало, но они быстро вырастают до крупных размеров, вбирая в себя много воды. Такие капли уже достаточно тяжелы, и они начинают падать под действием силы тяжести с заметной скоростью. При движении вниз сквозь пар они лавинообразно растут в сильно пересыщенном паре, что и приводит к ливневым осадкам.

Послесловие

Образование и эволюция облаков — сложный и богатый на явления раздел физики атмосферы. В этой задаче обсуждались лишь некоторые простейшие закономерности, но в самой этой науке, несмотря на ее «классичность», по-прежнему остается множество непонятых моментов. А поскольку облака играют важнейшую роль в формировании климата, этот раздел науки вдобавок сейчас очень актуален.

Одна из главных трудностей здесь (как, впрочем, и во всей физике атмосферы) — невозможность поставить полностью контролируемый эксперимент в требуемых масштабах. Лишь три года назад была запущена (и не где-нибудь, а в ЦЕРНе!) экспериментальная установка, которая хоть в чём-то приближается к необходимым требованиям — эксперимент CLOUD. Главная цель этого эксперимента — проверить, насколько сильно космические лучи способны влиять на образование облаков, а значит, и на климат. Однако благодаря возможности контролировать химический состав газовой смеси, температурный режим и ионизационные условия в камере, этот эксперимент представляет большой интерес и с точки зрения физики и химии атмосферы.

Первые его результаты были опубликованы в прошлом году (см. также церновский пресс-релиз). Все базовые эффекты (зависимость темпа образования центров конденсации от температуры, от концентраций серной кислоты и аммиака, а также от уровня ионизации) в эксперименте подтвердились, но данные преподнесли и пару сюрпризов. Во-первых, после анализа химического состава капелек в них обнаружились соединения, которые в газовой фазе не наблюдались. Это означает, что они там были, но в ничтожных концентрациях, однако они предпочитали концентрироваться в каплях. Во-вторых, несмотря на то, что экспериментаторы постарались максимально приблизить состав газовой смеси и прочие условия в камере к настоящей атмосфере, темп образования центров конденсации всё равно существенно не дотягивал до природного. По мнению авторов работы, это означает, что микроскопическая динамика образования облаков может быть еще более сложной, а роль примесных газов в следовых количествах может быть еще более важной, чем представлялось до сих пор.

Деньги из воздуха: как устроена профессия метеоролога

Как устроена метеорология

В поле и в кабинете

Те, кто думает, что в метеослужбе работают исключительно энтузиасты, правы только отчасти. В метеорологию многие приходят случайно, и специалисты, которые действительно в ней остаются, находят здесь что-то привлекательное для себя не только с точки зрения романтики. Сегодня гидрометслужба объединяет десятки профессий, предполагающих самые разные обязанности и условия работы.

Лицом гидрометслужбы являются, конечно, синоптики. Их прогнозов и комментариев ждут СМИ и предприятия, которые зависят от погоды. Телефоны синоптиков буквально разрываются в часы непогоды; им же адресована критика обывателей — чаще всего, несправедливая. Такие специалисты непрерывно следят за изменениями погоды над огромными территориями. К ним стекается информация с метеорологических станций, космических спутников, радиолокаторов. Эти данные надо анализировать и сопоставлять с результатами расчетов по компьютерным моделям, чтобы создать прогноз погоды. А потому для успешной работы синоптику необходимы не только аналитические способности, но и масса специальных знаний, а также опыт.

Обычно синоптики работают по сменному графику, чаще всего — «сутки через трое». Впрочем, нередко и после смены сотрудники не перестают следить за погодой и переживать за сделанный прогноз.

Тем не менее прогнозы погоды — это лишь вершина айсберга, поскольку в его основе на деле лежит труд многих тысяч человек: наблюдателей метеостанций, операторов связи и радиолокаторов, технических работников. Их задача — бесперебойно обеспечивать информацией прогнозистов и передавать прогнозы и штормовые предупреждения потребителям. Эта работа рутинная, четкая, строго регламентированная. Она подходит для пунктуальных и усидчивых людей, которые любят работать с информацией. Впрочем, однообразие тут часто нарушает сама погода, которая всегда способна преподнести что-то неожиданное и не даст заскучать.

Есть в гидрометслужбе и другие должности, где характер работы может быть более свободным. Многие предполагают более-менее регулярные поездки по сетевым подразделениям: в них участвуют инспекционные работники (метеорологи и гидрологи), инженеры, обслуживающие оборудование, агрометеорологи, наблюдающие за сельхозкультурами, а также специалисты по мониторингу окружающей среды, отбирающие пробы воды, воздуха и грунта для анализа. Это отличный вариант для тех, кто предпочитает поездки, полевые условия и живое общение, а не работу в кабинете.

Новые технологии

Гидрометеорология постепенно становится все более высокотехнологичной отраслью, и для работы с современной техникой и новыми видами информации необходимы грамотные специалисты. Все передовые разработки ведутся главным образом в Москве и Санкт-Петербурге. В столице находится Гидрометцентр России, располагающий собственными суперкомпьютерами, на которых прогнозы погоды рассчитываются по математическим моделям.

Научно-исследовательский центр космической гидрометеорологии «Планета» занимается сбором и обработкой данных спутников. В его составе работают три региональных центра: европейский, сибирский и дальневосточный. В других регионах также постепенно появляются новые автоматизированные метеорологические и гидрологические комплексы, доплеровские радиолокаторы, измерительное оборудование для химических и радиометрических лабораторий и электронные геодезические приборы. Для обслуживания такой техники нужна специальная подготовка, и лучше справляются с этим молодые специалисты.

Южный полюс и корабли

В метеослужбе, конечно, по-прежнему остается место для романтики. Эта профессия многим позволяет попасть в дальние уголки России, побывать в экспедициях на научно-исследовательских судах, научиться прогнозировать погоду на космодроме или даже стать зимовщиком в Антарктиде.

Кризис и кадры

Метеорология не относится к разряду высокооплачиваемых отраслей, однако предлагает неплохие условия труда без потогонной системы и жесткого контроля. Кроме того, эта работа стабильна, ведь потребность в прогнозах погоды и данных о состоянии окружающей среды, очевидно, будет только расти.

Еще недавно российская гидрометслужба испытывала настоящий кадровый голод. После распада СССР система распределения молодых специалистов прекратила свое существование, финансирование было низким, и наблюдательная сеть сократилась более чем на треть. Приток молодых кадров в тот момент практически прекратился. Лишь в последние годы ситуация в какой-то мере улучшилась. Росгидромет стал участником нескольких федеральных целевых программ, началась модернизация наблюдательных сетей, выросла оплата труда, организация закупила новое оборудование. Однако смена поколений в гидрометслужбе продолжается, и здесь по-прежнему много вакансий.

Где учиться?

Высшее образование и школы

Подготовкой кадров для метеорологической службы России занимаются более десятка учебных заведений высшего и среднего профессионального образования. Главный метеорологический вуз страны — Российский государственный гидрометеорологический университет в Санкт-Петербурге с филиалами в Ростове-на-Дону и Туапсе. В нем ведется обучение по 11 основным направлениям. Метеорологов обучают и в других государственных университетах, где есть профильные кафедры: в Москве, Петербурге, Казани, Саратове, Перми, Томске, Владивостоке и Архангельске.

Некоторые студенты поступают на метеорологическое отделение случайно, в поисках легкого способа получить вузовскую «корочку». Но большинство все же выбирает профессию осознанно. Часто школьников приводит в метеорологию интерес к географии, и здесь многое зависит от учителя, который организует, скажем, экскурсию на метеостанцию или в гидрометцентр. В некоторых школах даже существуют маленькие метеостанции, где ребята учатся наблюдать за явлениями природы, работать с приборами и анализировать информацию о погоде. А не так давно руководитель Росгидромета А.В. Фролов рассказал о планах оснастить современной погодной станцией каждую школу страны.

Учебная программа: география и физика

Чтобы поступить на метеорологическое отделение, нужно сдать ЕГЭ по географии (профильный уровень), математике и русскому языку. Во время обучения большое внимание уделяется точным наукам: фундаментом учения об атмосфере является физика, и многие задачи решаются математическими методами. Например, в рамках численных методов, которые позволяют увеличить точность недельных прогнозов, атмосферные процессы (движение воздуха, теплообмен, испарение, конденсация и т. д.) описываются уравнениями гидро- и термодинамики. Получившаяся система дифференциальных уравнений решается на компьютере методами приближенных вычислений — конечно-разностными или спектральными.

Студенты также изучают метеорологические дисциплины и рассматривают различные процессы в атмосфере, методы ее исследования и вопросы прогнозирования погоды. Кроме того, они знакомятся с основами смежных наук — геофизики, гидрологии и агрометеорологии. А летом проходит учебная и производственная практика на метеостанциях, в прогностических подразделениях гидрометцентров и аэропортов.

Колледжи: техническая специальность

В гидрометеорологические техникумы и колледжи принимаются выпускники 9 и 11 классов школы. Зачисление на «бюджет» производится по конкурсу аттестатов. По некоторым специальностям можно обучаться заочно. Выпускники получают техническую специальность, которая позволяет работать в системе Росгидромета. При желании можно продолжить образование в области метеорологии, поступив на дневное или заочное отделение вуза.

Военные вузы: здоровье и знания

Военных метеорологов готовят два вуза: Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского в Санкт-Петербурге и Военно-воздушная академия им. Н.Е. Жуковского в Воронеже, где есть отдельный гидрометеорологический факультет. От будущих курсантов требуются не только хорошие знания, но и отличное здоровье. Желающие поступить в военный вуз после окончания школы должны обратиться в военный комиссариат по месту жительства. А военнослужащим для этого необходимо подать рапорт командиру своей части.

Где работать?

Сегодня в гидрометслужбе по-прежнему сохраняется дефицит кадров. Многие выпускники по специальности не работают: кто-то — из-за того, что изначально выбрал профессию не вполне осознанно, кто-то — из-за того, что не устраивают условия труда. Тем не менее для тех, кто согласен на невысокую зарплату ради стабильного места и интересной фактуры, в которой приходится работать, вакансии есть.

Росгидромет: центр и север

Основное количество вакансий в метеорологии приходится на Росгидромет. Его территориальные управления и центры ежегодно присылают заявки в профильные вузы и техникумы. Здесь требуются синоптики, метеорологи и гидрологи, наблюдатели и начальники метеостанций, инженеры по приборам и операторы связи. Такую должность можно найти буквально во всех регионах, от Ярославля и Курска до Ханты-Мансийска, Якутии и Чукотки. Благодаря таким заявкам к моменту окончания учебы некоторые студенты уже знают, где будут работать.

Устроиться на работу в Росгидромет можно и не имея метеорологической специальности. Географы, физики, геологи и химики вполне могут переквалифицироваться в метеорологов. В условиях нехватки кадров таких специалистов принимают легко и обучают всему необходимому прямо на рабочем месте.

Не каждый, конечно, решится на переезд в Заполярье или Сибирь, но Росгидромет сейчас пытается создавать привлекательные условия труда и на периферии. Здесь есть районные коэффициенты и «северные» и индивидуальные надбавки, компенсация аренды жилья, места в общежитиях и служебные квартиры, а также оплачиваемый проезд к месту отдыха, хоть и раз в два года. Молодым специалистам полагаются подъемные, оплачивается проезд к месту работы. Доплата за выслугу невелика, но причитается сотрудникам независимо от региона (при ее начислении учитывается также время учебы по специальности). Все вместе это дает дополнительно несколько десятков тысяч рублей в месяц.

За несколько лет работы в гидрометслужбе можно приобрести интересный опыт и познакомиться с природой. Место на периферии может стать хорошей стартовой площадкой в карьерном плане, позволяющей затем устроиться в научно-исследовательские учреждения или проектные институты, либо попасть в штат крупных подразделений самого Росгидромета. Кроме того, одновременно с работой можно заниматься собственными исследованиями на местном материале или учиться в аспирантуре. А тем, кто нацелен на участие в полярных экспедициях, работа в суровых климатических условиях позволит проверить себя и затем обеспечит преимущество при отборе.

Вне службы погоды: промышленность и транспорт

Специалисты-метеорологи нужны проектным институтам и организациям, которые работают в сфере добычи полезных ископаемых, строительства и транспорта. Здесь они занимаются инженерными гидрометеорологическими исследованиями: кроме работы с метеорологической информацией, сюда входят гидрологические наблюдения и инженерные гидрологические расчеты. Упор в этом случае делается на знание нормативной базы (ГОСТов и СНиПов), специальных компьютерных программ и ГИС-технологий, а также строительной климатологии.

Метеорологи находят работу в самых разных отраслях и организациях. Например, своя метеорологическая служба есть на железной дороге. Также выпускники профильных вузов могут найти работу в экологических организациях и МЧС либо стать школьным учителем, закончив дополнительно педагогическую магистратуру, — уровень образования это позволяет.

Военная служба: авиаполк и ракеты

Военные метеорологи чаще всего служат в авиационных полках и на авиабазах в должности инженера-метеоролога, с офицерским званием. Однако такие специалисты нужны и в других родах войск, где есть погодозависимые подразделения (например, на флоте и в ракетных войсках). В вооруженные силы иногда приходят не только выпускники профильных военных вузов, но и гражданские синоптики и метеорологи.

На военных метеорологов распространяются те же социальные гарантии и льготы, что и на всех военнослужащих. Они могут рассчитывать на получение жилья и военную пенсию через 20 лет службы. При этом зарплата (денежное довольствие) офицеров выше, чем у синоптиков из Росгидромета.

Наука: конференции и мировые базы данных

Еще один вариант для выпускников метеорологических факультетов — это преподавание и наука. Сейчас на профильных кафедрах также идет смена поколений, хотя наука по-прежнему финансируется достаточно скромно. Однако университетские исследователи могут пользоваться мировыми банками данных гидрометеорологической информации, печатать работы в иностранных изданиях и участвовать в международных конференциях и форумах.

Читайте также:  Соседи шумят в ночное время суток. Как бороться?
Ссылка на основную публикацию