Meteorologia jest badaniem atmosfery ziemskiej oraz zmian temperatury i wilgotności, które powodują różne warunki pogodowe. Głównymi przedmiotami badań są takie zjawiska jak opady (deszcz i śnieg), burze, tornada, huragany i tajfuny.

znaczenie zjawisk meteorologicznych jest odczuwane na różne sposoby. Na przykład susza powoduje niedobory wody, szkody w uprawach, niskie natężenie przepływu rzek i zwiększony potencjał pożarów., Ponadto skutki te mogą prowadzić do ograniczonego przemieszczania się rzek, infiltracji słonej wody w warstwach wodonośnych i zatokach przybrzeżnych, nacisku na różne gatunki roślin i zwierząt, zmiany populacji, trudności ekonomiczne, a nawet niepokoje polityczne. Krytyczny wpływ pogody na działalność człowieka doprowadził do rozwoju niepewnej nauki prognozowania pogody.

słowo meteorologia wywodzi się od greckiego słowa Meteor, które odnosi się do każdego zjawiska na niebie. Meteorologia Arystotelesa (340 p. n. e.) dotyczyła wszystkich zjawisk nad ziemią., Astronomia, w tym badanie meteorów, czyli „spadających gwiazd”, stała się później odrębną dyscypliną. Nauka meteorologii została ostatecznie ograniczona do badania atmosfery. Różne zjawiska pogodowe są nadal określane jako „meteory”, takie jak hydrometeory (ciekła lub zamarznięta woda — deszcz, śnieg i płatki śniegu, chmury, mgła), litometeory (suche cząstki — piasek, pył lub dym), fotometeory (zjawiska optyczne — aureole, miraże, tęcze, korony) i elektrometeory (zjawiska elektryczne — Błyskawica, ogień Świętego Elmo).,

współczesna meteorologia koncentruje się przede wszystkim na typowych obserwowanych wzorach pogodowych, w tym burzach, cyklonach pozatropowych, frontach, huraganach, tajfunach i różnych tropikalnych falach wodnych. Meteorologia jest zwykle rozważana do opisania i badania fizycznych podstaw dla poszczególnych zdarzeń. Natomiast klimatologia opisuje i bada pochodzenie wzorców atmosferycznych obserwowanych w czasie. Kilka ważnych zjawisk, takich jak monsoony i oscylacja El Niño–Po3udniowa, jest branych pod uwagê zarówno w meteorologii, jak i Klimatologii, poniewa ¿wykazuj ± one du ¿e zmiany w sezonowych skalach czasowych.,

zakres
próba zrozumienia atmosfery i jej procesów czerpie z wielu dziedzin nauki i inżynierii. Badanie ruchów atmosferycznych nazywa się meteorologią dynamiczną. Wykorzystuje równania opisujące zachowanie się ściśliwego Płynu (powietrza) na obracającej się kuli (Ziemi). Jednym z ważnych powikłań w tym badaniu jest fakt, że woda w atmosferze zmienia się tam iz powrotem między ciałem stałym, cieczą i gazem w bardzo złożony sposób. Zmiany te znacznie modyfikują równania stosowane w meteorologii dynamicznej.,

meteorologia fizyczna, czyli fizyka atmosfery, zajmuje się szeregiem specjalistycznych dziedzin nauki. Na przykład badanie chmur i różnych form hydrometeorów obejmuje badania zachowania wody w atmosferze. Badanie transferu radiacyjnego dotyczy podstawowego źródła energii, które napędza procesy atmosferyczne, a mianowicie promieniowania słonecznego, oraz sposobów, w jaki energia radiacyjna w ogóle jest wykorzystywana i rozpraszana w atmosferze., Inne specjalizacje zajmują się zjawiskami związanymi ze światłem (Optyka atmosferyczna) i Dźwiękiem (akustyka atmosferyczna).

niektóre gałęzie meteorologii definiowane są pod względem wielkości badanych zjawisk. Na przykład mikrometeorologia jest głównie badaniem oddziaływań na małą skalę między najniższym poziomem atmosfery a powierzchniami, z którymi wchodzi w kontakt. Meteorologia mezoskalowa zajmuje się zjawiskami o średniej wielkości — na przykład burzami i wiatrami górskimi., Meteorologia synoptyczna zajmuje się większymi procesami, takimi jak układy wysoko – i Niskociśnieniowe oraz ich fronty, aż do badania ogólnej cyrkulacji atmosfery w skalach czasowych kilku dni. Prognozowanie pogody, prognostyczny aspekt meteorologii, wywodzi się z tych dyscyplin.

inne gałęzie meteorologii koncentrują się na zjawiskach w określonych miejscach, takich jak obszary równikowe, tropiki, regiony morskie, obszary przybrzeżne, bieguny i góry. Górna atmosfera jest również badana oddzielnie., Inne dyscypliny koncentrują się na prowadzeniu obserwacji za pomocą określonych technologii, w tym radia, radaru i sztucznego satelity. Technologia komputerowa jest szeroko stosowana, w tym numeryczna prognoza pogody, interaktywna analiza danych i systemy wyświetlania.

chemiczne zachowanie atmosfery, badane w chemii atmosfery, szybko zyskało na znaczeniu z powodu nieumyślnych zmian spowodowanych przez człowieka w składzie molekularnym atmosfery., Zmiany stężenia ozonu (i warstwy ozonowej) i dwutlenku węgla oraz zwiększone poziomy kwaśnych deszczy wykraczały poza status problemów lokalnych i stały się problemami regionalnymi lub globalnymi.

Należą do nich aeronautyka, Rolnictwo, Architektura, balistyka, Ekologia, produkcja energii, leśnictwo, hydrologia, Medycyna i Oceanografia., Wiele z tych powiązanych dziedzin wymaga po prostu określenia wpływu pogody w określonym czasie i miejscu, ale niektóre-na przykład hydrologia i Oceanografia-wpływają również na zdarzenia meterologiczne, modyfikując Warunki Atmosferyczne na powierzchni Ziemi.

rozwój nowoczesnej Meteorologii
początki meteorologii leżą w jakościowych obserwacjach lokalnej pogody i spekulacjach., Ogólnie rzecz biorąc, praca Arystotelesa była standardowym punktem odniesienia w okresie starożytnym i średniowiecznym, aż René Descartes, Galileo Galilei i inni zaczęli zastępować spekulacje obserwacjami instrumentalnymi na początku 17 wieku. Niezbędne do przeprowadzenia tych pomiarów przyrządy-barometr, higrometr i termometr-zostały opracowane w okresie od około 1650 do 1750 roku., Odpowiednie prace teoretyczne i eksperymentalne obejmowały prawa ruchu, chłodzenia i refrakcji Isaaca Newtona; pracę Blaise 'a Pascala, Edme Marriotte, Roberta Hooke' a, Edmunda Halleya i innych na temat hipsometrii (precyzyjnego pomiaru wysokości); pracę Roberta Boyle 'a na temat gazów; oraz pracę Halleya, George' a Hadleya i Jeana Le Ronda D ' Alemberta na temat cyrkulacji atmosferycznej. W następnym stuleciu (1750 -1850) znormalizowano Termometry, Benjamin Franklin badał błyskawice, John Dalton położył podwaliny do pomiaru parowania i wilgotności, a Luke Howard sklasyfikował chmury., Po 1800 roku osoby prywatne i instytucje publiczne zaczęły gromadzić obserwacje pogody.

Po tym, jak flota francuska została uszkodzona przez sztorm podczas wojny krymskiej (1853-56), podjęto poważne próby w Europie Zachodniej i Ameryce Północnej zbierania danych pogodowych z wielu miejsc jednocześnie za pomocą niedawno wynalezionego (1837) telegrafu. Rozwój niezawodnych zegarów pozwalał na ciągłe rejestrowanie obserwacji. Wynaleziono Anemometry kubkowe i ciśnieniowe, a energię elektryczną wykorzystywano do rejestrowania odczytów przyrządów., Później balony, latawce i samoloty były używane do przenoszenia instrumentów pogodowych przez troposferę, najniższą warstwę atmosfery ziemskiej, do stratosfery, drugiej najniższej warstwy atmosfery, która została odkryta, nazwana i opisana krótko po 1900 roku. Systematyczne obserwacje górnopłatu rozpoczęły się w latach dwudziestych XX wieku po opracowaniu radiotelefonów zasilanych bateryjnie na tyle lekkich, by mogły być przenoszone przez balony. Zbiór raportów górnopłatu na dużych obszarach dostarczył pełniejszego opisu atmosfery, w tym takich cech jak strumień strumieniowy.,

Termodynamika, rozwijana od połowy XIX wieku, stanowiła główny składnik zbioru wzorów opisujących ruchy i przemiany atmosfery. W latach 1850-1950 meteorologia synoptyczna była dominującą gałęzią, z ciałem bardziej fundamentalnych zasad fizycznych, zastępując rozproszone Zasady empiryczne. Około 1920 roku szkoła w Bergen, kierowana przez Vilhelma Bjerknesa i Jego Syna Jacoba, zsyntetyzowała te idee do teorii cyklonów polarno-frontowych, w tym kluczowych pojęć, takich jak fronty i masy powietrza.,

współczesna meteorologia dynamiczna narodziła się w 1948 roku, kiedy Jule Charneyowi udało się zredukować pełne równania dynamiczne (podane po raz pierwszy przez Vilhelma Bjerknesa w 1904 roku) do prostej, ale użytecznej formy. Równoczesny rozwój komputera cyfrowego zapewnił, że metoda Charneya miała duży wpływ praktyczny, ponieważ pozwoliła prognozować pogodę w oparciu o przybliżone rozwiązanie równań dynamicznych jako funkcji czasu.

od 1948 roku upowszechniły się technologie teledetekcji atmosfery., Do 1950 roku radar został opracowany do tego stopnia, że mógł być używany do wyznaczania chmur przez zawieszone krople wody i tym samym wskazywać wewnętrzną strukturę burz, zwłaszcza burz. Począwszy od połowy lat sześćdziesiątych XX wieku, jednostki radarowe, które mierzą przesunięcie Dopplera, zostały opracowane w celu dostarczania informacji o prędkości. Po 1960 roku satelity zaczęły dostarczać szczegółowych obserwacji całej Ziemi.,

pierwsza trwała działalność rządowa w dziedzinie meteorologii w Stanach Zjednoczonych pojawiła się w 1870 roku, kiedy Kongres polecił armii zorganizowanie służby meteorologicznej w celu prognozowania burz nad wielkimi jeziorami i wybrzeżami. Po dwóch dekadach w ramach Signal Corps działalność ta została przeniesiona do nowego cywilnego biura pogodowego w Departamencie Rolnictwa, ponieważ rolnicy byli szczególnie zainteresowani prognozami nadchodzącej pogody i długoterminowych trendów klimatycznych., Pół wieku później rosnące zapotrzebowanie lotników na częste obserwacje i krótkoterminowe prognozy doprowadziło do przeniesienia biura do Departamentu Handlu. W 1965 roku biuro meteorologiczne stało się częścią New Environmental Science Services Administration (ESSA), a klimatologia została wydzielona do new Environmental Data Service (EDS); pięć lat później ESSA została rozwiązana, a biuro stało się National Weather Service, częścią National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).,

współczesna Meteorologia
dziedzina meteorologii staje się coraz bardziej skomputeryzowana i zautomatyzowana, ponieważ naukowcy szukają jak najlepiej wykorzystać zalew obserwacji z szerokiej gamy tradycyjnych i nowych instrumentów. Na przykład szybkie przetwarzanie danych radarowych dopplerowskich ma kluczowe znaczenie dla maksymalizacji czasu ostrzegania przed tornadami i innymi poważnymi lokalnymi zjawiskami pogodowymi. Przygotowanie obserwacji do wykorzystania w dużych numerycznych globalnych modelach prognoz, „timestepping” tych modeli i przetwarzanie wynikowych wyników są zbyt pracochłonne dla wszystkich, ale najpotężniejszych komputerów., Rozwój sieci World Wide Web otworzył zupełnie nowy zakres możliwości rozpowszechniania uzyskanych danych i informacji prognozowanych w sposób, który jest nadal badany.

Stany Zjednoczone zainwestowały w ważne nowe generacje systemów obserwacyjnych, w tym sieć radarów WSR-88D (Weather Surveillance Radar-1988, Doppler), trzyosiowe stabilizowane GOES i czujniki mikrofalowe na niskiej orbicie okołoziemskiej. Aktywne Czujniki satelitarne, takie jak rozpraszacz, który może mierzyć prędkość wiatru na powierzchni oceanu, są popychane do stanu operacyjnego., Tymczasem połączenie istniejących źródeł danych przy użyciu systemów komputerowych powinno zwiększyć użyteczność wszystkich źródeł danych, starych i nowych.

wiele z tych informacji jest przekazywane na całym świecie w Globalnym Systemie telekomunikacyjnym, organizowanym przez Światową Organizację meteorologiczną w ramach ograniczeń ze względu na względy handlowe, bezpieczeństwo narodowe i logistyczne przez niektóre kraje. Z kolei kilka ośrodków na całym świecie opracowuje Duże symulacje modeli komputerowych na podstawie obserwowanych warunków i przesyła wynikające z nich prognozy pogody do sieci., Dwa takie centra są National Centers for Environmental Prediction (Suitland, Md.) oraz European Centre for Medium-Range Weather Forecasting (Bracknell, Anglia).

inną formę współpracy międzynarodowej widać w różnych programach badawczych. Na przykład, globalny program wymiany energii i wody ma na celu opracowanie obserwacji i teorii ujawniających cykl energii i wody przez ziemską atmosferę, oceany, powierzchnię lądu i kriosferę. Misja pomiaru opadów tropikalnych jest wspólną misją USA.,- Japoński Satelita badawczy wystrzelony w 1997 roku jako „latający wskaźnik deszczu” nad regionami tropikalnymi. Taka współpraca międzynarodowa ma kluczowe znaczenie dla rozwiązania zjawisk o skali globalnej.

George J. Huffman