АКАДЕМИЯ НАУК - СТАХАНОВЦАМ
ИЗДАТЕЛЬСТВО АКАДЕМИИ НАУК СССР

НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ СЕРИЯ
А К А Д Е М И-Я НАУ К—СТ АХАНОВЦАМ
ПОД ОБЩЕЙ РЕД. ПРЕЗИДЕНТА АН СССР АКАД. В. Я. КОМАРОВА
Проф. П. А. МОЛЧАНОВ
АТМОСФЕРА
ИЗДАТЕЛЬСТВО АКАДЕМИИ НАУК С G О Р
Москва 1938 Ленинград

ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Введение 3
I. Физика атмосферы
1. Атмосферный воздух ...... 1
2. Поступление тепла в атмосферу 1.4
II. Метеорологические элементы и
их.измерение у вем.ли и в свободной атмосфере
1. Основные метеорологические элементы 19
2. Приборы для измерения атмосферного давления . 20
3. Измерение температуры воздуха 24
4. Измерение влажности воздуха . . . . 26
5. Ветер и его измерение 28
III. Методы исследования атмосферы
1. Исторический обзор 38
2. Метеорографы 41
3. Метод радиозондов 43
IV. Состояние атмосферного воздуха
1. Изменение состава воздуха с высотой . .* 51
2. Распределение с высотой температуры воздуха 57
V. О б л а к а
1. Кучевые облака 65
2. Слоистые облака 73
3. Облака среднего и высокого ярусов 77
VI. Ветер
1. Происхождение воздушных течений 82
2. Воздушные массы 88
3. Учение о массах и фронтах в 91
VII. Строение атмосферы
1. Тропосфера ¦ 95
2. Стратосфера 98
3. Полеты в стратосферу 110
4. Попет стратостата «Осоавиахим» 114
5. Полет стратостата «СССР-1 бис» ; 119
6. Полеты 4мериканских стратостатов , 120
Заключение. Учение о погоде на службе народного хозяйства . . 133

ВВЕДЕНИЕ
Атмосферой называется газообразная оболочка земного шара.
Явления погоды, происходящие в атмосфере, имеют
исключительно важное значение для всех отраслей народного хозяйства.
Существование на Земле человека, животного и растительного
мира тесно связано с атмосферой, к условиям которой они
приспособились з результате многих тысячелетий своего развития.
Содержащийся в воздухе кислород необходим для дыхания.
Солнечный свет дает энергию как атмосферным процессам,, так и
для растительной и животной жизни. В то же время некоторые
составные части солнечного света, а именно лучи крайней части
ультрафиолетового конца спектра не достигают дна воздушного
океана; их задерживает озон, находящийся в верхних слоях
атмосферы.
Животные и растительные организмы получили бы серьезные
нарушения в своем развитии, если бы ультрафиолетовые лучи
солнца стали почему либо проникать в нижние слои
атмосферы. Громадное значение атмосфера имеет и для теплового
баланса, так как она задерживает излучаемые поверхностью
Земли темные (инфракрасные) лучи.
Атмосфера же регулирует и степень нагревания Земли; как
только нагревание достигает определенной температуры,
начинается отток тепловых излишков от нагретого участка. Сам
процесс нагревания вызывает испарение влаги, отнимая у Земли
громадное количество тепла. Одновременно нагретые частички
воздуха приходят в движение по вертикали и горизонтали.
Выделившиеся водяные, пары уносят избыток тепла в верхние
воздушные слои.
Водяные пары образуют на высоте, облачные массы. Облака
затеняют земную поверхность от Солнца и тем самым ослабляют
ее нагревание. Как мы увидим впоследствии,
вертикальное перемещение воздуха ведет к сложным атмосферным
процессам. Образуются не только облачные массы, но и осадки,
ливни,ф грозы и пр. Все эти явления — только отдельные звенья
общего процесса, регулирующего распределение тепловой
энергии.
В результате того же процесса в атмосфере развивается
сложная система горизонтальной циркуляции воздуха.
I* 3

Она также выравнивает неодинаковое нагревание Солнцем
различных районов земного шара. Неравномерное нагревание
определяется различиями в широте и условиями поглощения
солнечных лучей. Как бы, однако, ни был сложен этот процесс,
он во всех своих деталях подчиняется основному закону
атмосферных процессов, названному автором законом с т а б и*л и-
з а ц и и.
Этот закон формулируется так;: «Все атмосферные процессы,
возникающие под действием какого-либо фактора, развиваются
таким образом, что их эффекты ослабляют действие вызвавшего
их фактора (солнечное нагревание, приток теплого или
холодного воздуха и пр.)».
Закон стабилизации можно проследить во всех атмосферных
явлениях.
Эффекты атмосферных процессов: облака, осадки, туманы,
штормы, шквалы, грозы, метели, обледенение и пр. играют
громадную роль в жизни человека и во всех отраслях народного
хозяйства. Выпадение* осадков приносит высушенной почве сотни
тысяч тонн воды на каждый квадратный километр земной
поверхности. Количество энергии, идущей на эти процессы,
неизмеримо больше энергии самых мощных силовых установок,
созданных человеческими руками. Выпавшие своевременно и на
надлежащем участке осадки сохраняют народному хозяйству
миллиарды рублей. В то же время засуха или продолжительная
ненастная погода могут причинить миллиардные убытки.
От состояния погоды зависит работа почти всех видов
транспорта. Морокой транспорт страдает от туманов, штормов;
железнодорожный— терпит громадные убытки из-за метелей, размывов
пути и пр. Но особенно большое значение имеет погода для
воздушного передвижения; развитие авиации и воздухоплавания
непосредственно зависит от наших знаний атмосфер'ных
явлений.
Всякий воздушный аппарат, легче или тяжелее воздуха,
поступая в атмосферу, становится в непосредственную зависимость
от ее состояния. Ошибочно предполагать, что при современной
технике воздушного транспорта эта зависимость отпадает. В
атмосфере всегда могут возникнуть грозы, шквалы, смерчи и пр.
Они превращают отдельные участки воздушной среды в мощный
вихрь, где самое сложное творение человеческих рук не сможет
найти опоры для полета.
Развитие воздушного транспорта — это, прежде всего,
увеличение числа и дальности полетов, максимальная регулярность
рейсов, максимальная скорость перелетов и, наконец, полеты во
всякую погоду, в дневное и ночное время. Очевидно, что
выполнение этих заданий возможно только в том случае, если
руководитель летательного аппарата точно знает условия, с которыми он
может встретиться в полете. Правильный выбор пути, на котором
вероятны наиболее благоприятные условия, позволяющие совер-
4

шить перелет в минимальное время, представляет важнейшую
задачу современной аэронавигации.
Однако не всегда возможно найти такой так называемый
«кратчайший аэронавигационный путь». Почти во всех длительных
перелетах воздушный корабль рискует встретить на своем пути
и туманы, и низкие облака, и ряд других явлений. Эти явления
затрудняют, а иной раз делают полет невозможным.
Наиболее опасны, даже для самых мощных современных
летательных аппаратов, туман и низкие облака. Водитель самолета,
оказавшись в тумане или в облаке, теряет представление о
положении истинной вертикали и горизонтали. Обычные маятники
.и уровни дают неверные показания, так как на них действуют
силы, развивающиеся при криволинейном движении самолета.
Проблема постройки аппаратов, определяющих истинную вер*
тикаль, до настоящего времени полностью не разрешена.
Употребляющиеся так называемые «искусственные горизонты» — это
приборы временного действия. Они изменяют иной раз
в самый ответственный момент полета.
Человек же, привыкший доверять своим чувствам, в
особенности в критическую минуту, не может отказаться от веры в них
и доверять прибору, не всегда надежному. В результате
бывают случаи, когда самые опытные пилоты, имеющие за собою
десятки лет летной работы, в результате невнимательности
делают иногда роковые ошибки при управлении машиной и гибнут,
врезаясь в землю или встречая неожиданные препятствия. Чтобы
длительное время вести правильно самолет так называемым
слепым полетом, т. е. в облаках или ночью, при полной
невидимости земной или облачной поверхности, требуется
исключительная выдержка и первоклассное искусство пилота. Наиболее
замечательные в этом отношении полеты принадлежат советским
летчикам, среди которых в первую очередь можно указать
Героев Советского Союза тт. Молокова, Байдукова, Громова,
Чкалова, Слепнева и др. Но даже для советской авиации,
имеющей в своем активе ряд сложных полетов в труднейших
условиях, длительный слепой полет представляет сложную
задачу.
Справедливо мнение многих летчиков о том, что в полете
опасен не воздух, а земля. Поэтому основным правилом для
пилота должен быть набор высоты во всех случаях, когда
расстояние до земной поверхности оказывается неизвестным.
Полет должен совершаться на высоте, заведомо гарантирующей
от встречи с землей при всех возможных ошибках
высотомера.
Однако и в таких случаях полет не может считаться вполне
безопасным. При температурах, близких к нулю и несколько
ниже, в тумане и облаках самолет может обледенеть. В течение
нескольких минут крылья, пропеллер, тросы, шасси покрываются
по передним кромкам толстым слоем льда или снегообразной
5

кашицей. На аппарат ложится нагрузка, составляющая иногда
сотни килограммов.
Но особенно опасно ухудшение обтекаемости крыльев самолета,
а также вибрация всей машины. Подъемная сила и летучесть
самолета или дирижабля тогда быстро уменьшаются, и машина
катастрофически падает вниз.
Борьба с этим явлением чрезвычайно сложна. Летчики
вынуждены совершить немедленную посадку или, если земная
поверхность совершенно не видна, спуститься на парашюте.
Даже при современном развитии авиации много еще надо
сделать, чтобы окончательно победить воздушную стихию.
Необходимо дальнейшее усовершенствование аппаратуры против
обледенения самолетов, усовершенствование искусственных
горизонтов, разработка астрономических и радио-навигационных методов
ориентировки и пр. Одним из наиболее верных путей к победе
является выход в те слои атмосферы, где мы заведомо
гарантированы от встречи с облаками, осадками, обледенением и пр.
Таким слоем, как мы увидим ниже, является верхняя часть
атмосферы— стратосфера.
Завоевание стратосферы — важнейшая задача современной
авиации и воздухоплавания. Однако все новые пути в технике
должны быть основаны на предварительном научном
исследовании.

Глава I
ФИЗИКА АТМОСФЕР^
1. АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ
Толщина атмосферы составляет лишь очень небольшую часть
радиуса земного шара.
Слабые признаки воздушных молекул отмечаются в виде
свечения (высшей точки лучей полярных сияний, по Штёрмеру)
на высоте до 800—1200 км. Если принять эту высоту за крайний
предел ощутимого для нас присутствия воздуха, то атмосферная
оболочка земного шара составит примерно 0.2 его радиуса.
Главная масса атмосферы сосредоточена в самых нижних ее
слоях. Примерно 3/4 ее находится в слое высотой до 12 км. Все
явления погоды возникают и развиваются исключительно в этом
слое атмосферы. Наблюдения показали, что атмосферный воздух
на высотах до 16—18 км имеет приблизительно один и тот же
состав. Он представляет собой физическую смесь нескольких
газов. Таблица 1 показывает, какие именно газы образуют эту
смесь.
Т а б л и ца 1
Газы
Кислород ....
Водород* . . . .
*
Содержание
в единице
объема1
воздуха в %
78.03
20.99
0.94
0.01
0.0012
0.0004
Плотность

(водород = 1)
* 13.92
15.94
19.82
1.00
9.91
1.97
Температура
кипения при
760 мм
давления (в °Ц)
—194
—182.5
—186
—252.5
—250
—269
,Вес 1 л
при 6° и
760 мм
давления (в кг)
1.25
1*.43
1.78
0.09
0.89
0.18
Кроме газов, составляющих воздух, в атмосфере земного шара
находится вода во всех ее состояниях (твердом, жидком и
газообразном), носятся частички различных веществ в жидком и
1 Наличие в атмосфере водорода последнее время категорически
отрицается многими исследователями.
3

твердом виде; имеются продукты горения, различные споры
растений, озон, углекислота и пр. Все эти вещества играют
громадную роль в явлениях погоды. Содержание их не остается
постоянным для разных высот и периодов времени. Поэтому они
считаются примесями к воздуху нормального состава.
Из физики известно, что в случаях соприкосновения
твердого тела с газом наблюдаются два явления: 1) сгущение газа
на поверхности тела (адсорбция, которая особенно велика у тел
пористых, обладающих большой поверхностью соприкосновения
с газом) и 2) непосредственное поглощение газа твердым
телом (абсорбция). Последнее явление несколько напоминает
растворение.
Нас интересует, главным образом, явление адсорбции.
Очевидно, что чем меньше размеры пылинки, тем большее значение
приобретает присутствие на ней газового слоя. С уменьшением
размеров тела отношение его поверхности к массе увеличивается.
Слой воздуха, как бы прилипнувший к пылинке, имеет
особенное значение тогда, когда происходит нагревание воздуха
солнечными лучами.
Чистый воздух поглощает сравнительно ничтожные количества
энергии солнечных лучей, пылинки же поглощают эту энергию
почти полностью. Нагреваясь, они передают тепло окружающему
их слою воздуха. Последний, расширяясь, делается легче
окружающего воздуха и при благоприятных условиях может сообщить
пылинке некоторую, хотя и ничтожную, подъемную силу.
Одновременно газовый слой создает препятствия сцеплению частичек
при их ударе друг о друга.
Для характеристики влияния водяных паров воздуха на его
удельный вес приведена табл. 2, показывающая вес 1 м3 сухого
и насыщенного парами воздуха (в граммах):
Таблица 2
Воздух
Сухой
Температура
—20
1395
1395
—10
¦*
1342
1341
0
1293
1290
4-Ю
1247
1241
+ 20
1205
1194
+ 30
1165
1147
Таблица 2 показывает условия нахождения воды в атмосфере
в газообразном состоянии. Но вода содержится в воздухе также
в виде жидких и твердых частичек (капли, снежинки,
кристаллики и пр.).
Здесь мы сталкиваемся с одним из важнейших вопросов физики
атмосферы. Действительно, как бы ни была мала частичка воды
или другого вещества, ее плотность будет всегда больше плотности
воздуха. Следовательно, под действием силы тяжести она должна
8

fly дот опускаться вниз, на земную поверхность. Скорость
опускании зависит от сопротивления воздуха, которое определяется
размером частички. С уменьшением ее сопротивление о#носи-
ишліо возрастает, а скорость движения уменьшается.
Н табл. 3 приведены скорости v падения частичек, полученные
длн радиуса частички г меньше 0.021 см по формуле Шмидта,
іі для больших — по данным наблюдений:
Таблица 3 .
г в см 0.001 0.005 0.01 0.02 0.05 0.10 0 15 0.17
tp в см/сек. . . 0.1 26 78 180 426 583 591 740
Из табл. 3 видно, что скорость падения частички быстро
уменьшается, если уменьшается ее размер. Однако даже самые малые
частички (например, размером в 0.001 см) имеют скорость
в 0.1 см/сек. Они проходят за час путь длиной в 360 м. Таким
образом при неподвижном воздухе содержащиеся в нем частички
должны опуститься на земную поверхность всего за несколько
часов. Исключаются, конечно, такие частички, которые уже
по своей микроскопичности, значения для атмосферных явлений
(исключая оптические) не имеют.
Между тем, содержание воды в капельном виде, например
в тумане, достигает при температуре около 0° от 2.0 до 4.8 г на 1 mj,
что дает при предполагаемом радиусе капли в 10~3 (0.001) см
около 200—500 капель на 1 см3. Пылинки других веществ н?
только постоянно находятся в воздухе, но беспрерывно
поступают в верхние слои с земной поверхности. Облачные массы,
состоящие из мельчайших капелек воды или кристалликов льда,
долгое время удерживаются на одной и той же высоте без'
заметного выпадения частичек. Таким образом загадка
нахождения капель в воздухе не может быть объяснена только медленным
падением капель.
Более точное и полное объяснение этого явления дает так
называемая теория Шмауса. Согласно этой теории состояние
взвешенных в воздухе частичек аналогично состоянию вещества,
находящегося в коллоидальном растворе.
В таких растворах растворяемое вещество не расщепляется
на молекулы, как в обычных, а остается взвешенным
в растворителе в виде мельчайших частичек, представляющих
собой скопление молекул.
Плотность растворенного вещества может оказаться больше
плотности растворителя, но его частички совершенно равномерно
распределяются во всем объеме растворителя и не осаждаются
па дно, как это было бы в обычном растворе. Сила,
поддерживающая эти частички, создается в результате беспорядочных
ударов молекул растворителя, находящихся в так называемом:
молекулярном движении. Под действием этих ударов частички
приходят в своеобразное зигзагообразное движение, известное
под именем броуновского движения. Таким образом источником
9

силы, поддерживающей частички коллоидальных растворов,
служит энергия молекулярного движения растворителя.
Источником силы, поддерживающей в атмосферном воздухе
водяные капли, частички твердых тел и пр., служит
существующее в нем так называемое конвективное или
турбулентное движение* Это — беспорядочное движение
отдельных частичек воздуха, вернее небольших его масс, в
различных направлениях, независимое от общего потока воздуха.
Возникновение конвективного или турбулентного движения
связано с механическим воздействием земной поверхности на
движущиеся около нее воздушные массы.
Солнечные лучи неравномерно- нагревают отдельные массы
воздуха, выводят их из равновесия и заставляют подниматься
вверх. Это, в свою очередь, вызывает горизонтальное движение
воздуха и создает беспорядочное движение его отдельных
частичек, перемешивая воздушные слои. Действие ударов отдельных
частичек воздуха на пылинки поддерживает их в воздухе и
каждая частичка адсорбирует к себе некоторое количество воздуха.
Получая от пылинки, при действии на нее солнечных лучей,
значительное повышение температуры, адсорбированный в ней
воздух расширяется и может создать небольшую подъемную силу,
заставляющую пылинки медленно подниматься вверх или
удерживаться на одном уровне.
Шмаус напоминает, что при растворении вещества в
коллоидальном растворе частички .его получают некоторый
электрический заряд. Этот заряд зависит от природы растворителя и
растворенного вещества. Поэтому, — рассуждает он, — несмотря
на непрерывное беспорядочное движение частичек растворенного
вещества, сцепления между ними не происходит, так как
действует сила отталкивания одноименных зарядов.
Аналогично этому и воздушный слой, облекающий пылинку,
противодействует ее столкновению с соседними частичками.
Если каким-либо образом заряды частичек нейтрализуются,
то частички начинают немедленно сцепляться. Происходит
образование крупных скоплений растворенного вещества и выпадение
его из раствора. Нейтрализация зарядов может производиться
введением вещества, принимающего в растворителе заряд,
обратный заряду растворенного вещества.
Взвешенные в воздухе частички, так же как частички
коллоидальных растворов, по теории Шмауса, имеют некоторый
варяд, мешающий им соединяться в крупные капли. Таким
образом облако может долгое время плавать в атмосфере, не
выделяя ни капли дождя.
Но вот произошла нейтрализация зарядов капель по причине
грозовых разрядов или под влиянием внедрения в-слой облака
воздушной массы с частичками противоположных зарядов.
Немедленно в таком случае из облака начинают выделяться осадки
в твердом или жидком виде. Идет дождь или град.
10

Теория Шмауса дает чрезвычайно простое и исчерпывающее
объяснение таких важных явлений атмосферы, как образование
осадков и присутствие в воздухе облачных масс.
И атмосферном воздухе вода находится во всех ее состояниях,
и, следовательно, здесь происходят процессы перехода воды из
одного состояния в другое. Эти переходы сопровождаются
выделением больших количеств тепла, идущего на развитие
атмосферных процессов.
Для характеристики условий конденсации и испарения влаги
и атмосфере важно отметить то, что водяной пар здесь находится
не над гладкой водной поверхностью, а над поверхностью
бесчисленных мельчайших капелек вбды, взвешенных в воздухе (если
конденсационные процессы уже имел*и место). Вследствие этого,
максимальная упругость содержания в воздухе водяных паров
несколько возрастает.
Оказывается, что уже при размерах капелек около 1.6 Хі0~7см
конденсация водяных паров будет происходить только при
400%-ной относительной влажности, т. е. в том случае, когда
упругость водяных паров будет в 4 раза больше нормальной для
данной температуры. Ясно, что при отсутствии капель
конденсация паров вообще не может происходить.
Действительно, как показали опыты, в совершенно чистом,
свободном от каких бы то ни было примесей воздухе содержание
водяных паров может быть доведено до значений, во арного раз
больше предельных. В действительных условиях атмосферного
воздуха это явление может произойти только в исключительных
случаях.
Дело в том, что образование капель, как показали
тщательные исследования Вильсона и Томсона, значительно облегчается,
если в воздухе имеются так называемые ядра
конденсации. Последними могут служить прежде всего ионы —
твердые частички, имеющие тот или иной электрический заряд.
Кроме того, осаждение влаги происходит на различного рода
пылинках, взвешенных в воздухе. Эти пылинки играют также
весьма большую роль в атмосферных процессах.
Особенно интенсивно происходит конденсация влаги на
частичках веществ с гигроскопическими свойствами, т. е.
способных осаждать на себе влагу даже до того, как пары достигнут
предельной упругости. К таким веществам, встречающим я в
атмосфере в распыленном состоянии, относятся аммиак, соляная
кислота, хлористый магний и пр.
Конденсированная в капельки влага остается взвешенной в
воздухе при е'го достаточном насыщении. Она поддерживается
ударами частичек воздуха, находящегося в турбулентном состоянии.
На каплях создается электрический заряд, но соединение их
"в крупные и выпадение капель в виде дождя происходит только
после того, как заряд нейтрализован под действием того или
другого фактора.
11

Капельное состояние влаги в атмосфере может удерживаться
не только при положительных температурах. Оказывается, что
и при температурах около —10°, даже —20° капли остаются
иногда в жидком виде, но, конечно, в сильно переохлажденном
состоянии. Если поток воздуха с переохлажденными частичками
встретит какой-либо твердый предмет, почти все эти частички
немедленно осядут на поверхности его. Замерзнув, эти частички
образуют ледяную корку большей или меньшей толщины.
Затвердевание переохлажденных капель может происходить
также и в том случае, если в их среду ввести достаточное
количество кристаллов льда. Максимальная упругость паров над
ледяной поверхностью меньше упругости над водной; поэтому
Рис 1 Схема разьшин кристаллика
немедленно после образования первых ледяных кристалликов
начинает выделяться вода из капель и отчасти из газа в виде
кристаллических частичек. При медленном ходе этого процесса
(если пересыщение водяными парами незначительно)
кристаллы льда получают нормальную гексагональную форму.
Будучи взвешены в воздухе, при достаточном их количестве эти
кристаллы дают различные световые круги вокруг Солнца и
Луны, известные под общим именем гало.
Пересыщение воздуха влагой изменяет процессы
кристаллизации. Прекрасной иллюстрацией этого служит следующий опыт
Лемана. На рис. 1 дан вид пересыщенного раствора йодоформа
В нем находятся кристаллики того же вещества. Вокруг
кристаллика образуется пространство, где концентрация йодоформа
неодинакова.
У самой поверхности мы будем иметь только насыщение (так
как предполагается, что избыток йодоформа отложился на
поверхности кристалла). По мере удаления от этой поверхности
содержание йодоформа постепенно возрастает, все Солее и более
превосходя предельное его содержание.
Линии равных концентраций вблизи поверхности кристалла
будут итти параллельно его плоскостям. Удаляясь от него, линии
разных концентраций превращаются в окружности, огибающие
кристалл. Па некотором расстоянии концентрация достигает
максимумд и далее остается постоянной.
12

і и с. •'>. Снимок горизонта в ультрафиолотогых лучах.
! не. 6. Снимок горизонта в видимых лучах.
>«*•*'-№ * "7 *
"¦¦Аф**Л
.w *.-Jt-S,*~&W«
* fc ,ли>&
ягдеяг
Рпс. 7. Снимок горизонта п инфракрасных лучах.

имеет известные наслоения, соответствующие наслоениям
плотностей воздуха.
2. ПОСТУПЛЕНИЕ ТЕПЛА В АТМОСФЕРУ
Солнечная радиация является единственным источником тепла,
поступающего на земную поверхность и в различные слои
атмосферы. Путь, который проходит энергия солнечных лучей
до перехода ее в тепловую, довольно сложен. Современные
исследования солнечной радиации (так называемые актинометри-
ческие исследования) показали, что солнечные лучи до
поступления в атмосферу приносят в 1 минуту около 1.92 калорий на
1 см2 перпендикулярной к лучам поверхности. Значит, если на
пути солнечного луча вне пределов атмосферы поставить
перпендикулярно к нему зачерненную пластинку в 1 см2, то эта
пластинка получит количество тепла, способное повысить темпе-
30 (/О 30 60 70 SO 90 100 110 tZO 130 W ISO ISO 170 180 130 ZOO 210 220
Рис. 4. Распределение тепловой энергии в солнечном спектре до поглощения
(пунктирная линия) и после поглощения света в атмосфере (сплошная линия).
ратуру 1 см3 (1 г) воды на 1.92° Ц. Это так называемая «с о л-
нечная постоянная».
По мере прохождения луча в глубь атмосферы его
интенсивность постепенно уменьшается. Потери энергии солнечного
луча происходят потому, что атмосферный воздух не является
совершенно прозрачным. Он частично поглощает эту энергию,
превращая ее в тепловую.
На рис. 4 пунктиром проведена кривая, показывающая
интенсивность лучей волн различной длины (выраженных в
миллионных долях сантиметра) в солнечном спектре. Сплошная
кривая дает остаток этой энергии после прохождения солнечного
луча сквозь слой атмосферы. На этом рисунке видно, что
наибольшие потери испытывают длинные лучи. Они находятся в
невидимой инфракрасной части спектра. Участок кривой солнечного
спектра, соответствующий видимым лучам (над незаштрихованной
частью нижней полосы), испытывает сравнительно небольшие
потери, так как эти лучи непосредственно поглощает атмосферный
воздух*. Кроме этого поглощения, энергия солнечного луча
рассеивается частичками пыли в атмосфере и молекулами воздуха.
14

Г пс 5. Снимок горизонта в учьтрафиолетовых лучах
1 не Ь Снимок горизонта в видимых лучах
Рис 7 Снимок горизонта в инфракрасных лучах

Наибольшее рассеяние испытывают лучи коротких волн,
входящие в состав солнечного луча, а именно: голубые, фиолетовые
и ультрафиолетовые лучи. Наоборот, желтые и красные лучи
солнечного спектра рассеиваются в атмосфере в наименьшей
степени. Потеря энергии солнечного луча зависит от пути,
который он проходит в атмосфере, и, следовательно, от наклона
его к земной поверхности. Если солнце находится в зените, этот
путь будет наименьшим. По мере приближения его к горизонту
длина пути увеличивается, достигая максимальных размеров,
когда солнце находится около горизонта.
Таблица 4 дает остаток световой
интенсивности различных лучей после того, как они пройдут атмосферу
при различных высотах солнца. В строке «длина пути луча в
атмосфере» за единицу принята величина его при отвесном
направлении луча.
Таблица 4
Длина пути луча
в атмосфере
32
Высока солнца
Красный луч .
Оранжевый луч
Голубой луч .
Фиолетовый луч
90°
0.95
0.87
0.84
0/51
30°
0.91
0.75
0.74
0.25
14.3°
0.81
0.57
0.30
0.07
7.3°
0.66
0.32
0.09
0.00
0°
0.107
0.001
0.000
0.000
Из табл. 4 видно, что с приближением солнца к горизонту
количество фиолетовых лучей сильно убывает. Относительное же
вначение красных возрастает, так как они, и в особенности
инфракрасные лучи, менее остальных рассеиваются в атмосфере. Это
обстоятельство используется при устройстве аэромаяков.
Максимум световой энергии аэромаяка сосредоточен у красной части
спектра.
Полезно применять красные и желтые светофильтры для
световых огней. В противном случае голубые лучи данного
источника света не только не улучшают освещения местности, но при
туманной погоде ухудшают его. Кругом них образуется световая
дымка, так как эти лучи сильнее других рассеиваются туманом.
Огромное значение приведенных выше факторов показывают
снимки, сделанные одним и тем же аппаратом, но с пластинками,
чувствительными к различным световым лучам. Рис. 5 дает
снимок в ультрафиолетовых лучах, рис. 6 — в обыкновенных,
видимых глазом, рис. 7 — в инфракрасных лучах. Отдаленная
гора на снимке в ультрафиолетовых лучах не видна. Она
совершенно затуманена. В световых лучах, чувствительных для глаза,
та же гора видна очень слабо, как бы за вуалью. Снимок же
в инфракрасных лучах дает все детали горы без признаков
жуали.
36

Количество
тепла от
солнечных
ffffVClf
*?
-SO -60-40 -гО О 20 40 60 80
Широта.
Получая тепло от прямых солнечных лучей, земная
поверхность поглощает в некоторых случаях и значительное
количество энергии от рассеянного света. Рассеянный свет излучается
атмосферой и находящимися в ней облачными слоями. Это имеет
особенное значение для северных районов, с большим количеством
облачных дней.
Остаток энергии солнечного луча, поступивший на земную
поверхность,- поглощается ею почти полностью.
Нагревание зависит как от степени поглощения луча земной
поверхностью, так и от теплоемкости последней.
Черная земля, песок, каменистые участки почти полностью
поглощают солнечную энергию. Теплоемкость таких участков
сравнительно невелика, и
нагревание их
происходит особенно интенсивно.
Наоборот, влажные
участки, участки, покрытые
растительностью, и пр.
поглощают сравнительно
меньшее количество
солнечной радиации. Кроме
того, они обладают,
вследствие присутствия воды,
сравнительно большой
теплоемкостью. Нагревание
таких участков должно
происходить значительно
Степень нагревания во всех случаях зависит также от
интенсивности прошедшего к земной поверхности солнечного луча,
а следовательно, от угла наклона его к горизонту. Отвесные
лучи в нижних слоях атмосферы несут наибольшее количество
энергии, в то время как горизонтальные почти не нагревают
землю.
Угол высоты солнца над горизонтом в различное время года
определяется временем года и широтой места. На рис. 8
показано, как распределяется приток тепла от солнечных лучей по
широтам в различные месяцы года. Ординаты1 изображенной
на рисунке седлообразной поверхности пропорциональны
относительному количеству поступающей солнечной радиации.
Горизонтальные линии на плоскости, над которой восстановлены
эти отрезки, соответствуют различным месяцам года. Они
отмечены буквами: я — январь, ф— февраль и т. д. Каждая такая
линия разделена по широтам от 90° (южный полюс) до —90°
(северный полюс). Приподнятые части седлообразной поверхности
указывают на относительно увеличенное количество поступающей
энергии, опущенные — на относительно уменьшенное количество
Рис. 8. Распределение притока тепла от
солнечных лучей на различных широтах
в различные месяцы.
менее интенсивно, чем первых.
1 Расстояния от горизонтали.
а Атмосфера
17

энергии. В полярных областях, как это видно из рисунка,
существуют месяцы, когда приток солнечной радиации совершенно
отсутствует. На северном полюсе это бывает в I, II, III, X, XI
и XII месяцах, на южном— в IV, V, VI, VII, VIII и IX месяцах.
Если приток солнечного тепла на одном полюсе отсутствует,
этому соответствует наибольший приток тепла на другом.
Чрезвычайно важно, что в одном и том же полушарии разность
притока тепла в различные месяцы не остается постоянной. В то
время, как в зимние месяцы эта разность достигает наибольших
значений (при сравнительно большем притоке тепла на
экваторе, на полюсах в это время года приток равен нулю),
в летнее время разность в приходящей энергии на экваторе
и полюсах становится очень небольшой. Это обстоятельство
вызывает в году неодинаковые значения разностей температур
между различными широтами. '
Земная поверхность при нагревании испускает энергию в виде
темных (инфракрасных) лучей. Эти волны весьма значительно
поглощаются земной атмосферой.
Таким путем атмосфера получает энергию, с одной стороны,
при прохождении солнечных лучей и, с другой, при
прохождении тепловых лучей ог земной поверхности.
Если бы атмосфера представляла собой идеально чистый газ,
то поглощение обоих видов лучистой энергии происходило бы
совершенно равномерно. В действительности же в атмосферном
воздухе до больших высот имеются всегда различного рода
пылинки, капли, кристаллы воды и пр.; они поглощают лучистую
энергию значительно в большей степени, чем воздух. Эта
неравномерность поглощения в атмосфере лучистой энергии имеет весьма
важное значение для происходящих там процессов.
Величина энергии солнечных лучей, или так называемой
солнечной постоянной, равна 1.92 калорий в минуту. Есть
основания предполагать, что эта величина не всегда постоянна.
Как показывают астрономические исследования, в области
Млечного Пути имеются громадные пространства облаков, так
называемой космической пыли (темные туманности). Плотность
их чрезвычайно ничтожна. При возможном прохождении через
них Солнца, движущегося в пространстве, они под действием
его притяжения могли несколько сгуститься. Этим и было
вызвано, как полагает Нольке, ослабление солнечной постоянной,
вследствие чего общая температура земной поверхности должна
была испытывать сильное понижение, что и было причиной
ледниковых периодов в истории Земли.

Глава II
МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ ИЗМЕРЕНИЕ
У 35МЛИ И В СВОБОДНОЙ АТМОСФЕРЕ
1. ОСНОВНЫЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Атмосферу изучают, определяя основные элементы,
характеризующие физическое и динамическое состояние воздуха.
Важнейшими из этих элементов являются следующие:
1. Атмосферное давление или сила, с которой воздух действует
на площадку в 1 см3.
2. Температура воздуха, характеризующая его тепловое
состояние.
3. Влажность воздуха, характеризующая содержание в нем
газообразной влаги.
4. Движение воздуха, рассматриваемое по величине скорости
воздуха и по направлению. Для воздушного транспорта
чрезвычайно важна изменчивость (порывистость) скорости и
направления этого движения воздуха.
5. Видимость в атмосферных слоях.
6. Облачность и осадки, характеризующие содержание в
воздухе влаги, в жидком или твердом состоянии.
7. Оптические явления в атмосфере (включая сюда
оптические явления в облаках и падающих осадках).
Все эти элементы носят название метеорологических
элементо в. Совокупность значений метеорологических
элементов характеризует общее состояние атмосферы или погоду.
Изучение атмосферного давления имеет громадное значение,
так как распределение давления на каком-либо уровне
определяет на нем движение воздуха и известным образом
характеризует общее состояние погоды. Величина атмосферного давления
определяет вместе с температурой плотность воздуха,
Температура воздуха, как уже указывалось выше, влияет на
его плотность, а следовательно, и на условия полета. Особенно
велико значение температуры для кораблей легче воздуха.
Подъемная сила их значительно меняется при изменении плотности
окружающей среды. Большое значение для характеристики ат-
2* 19

о ?
мосферы имеет распределение температуры по
вертикали и по горизонтали.
Содержание влаги в воздухе и, в особенности,
переход влаги из одного состояния в другое —
один из важнейших факторов, определяющих
условия погоды: облачность, осадки, видимость и пр.
Движение воздуха, или ветер, непосредственно
влияет на полет каждого аппарата, так как в
скорость его движения входит скорость движения
воздуха. Скорость движения воздуха на высоте
полета обычно составляет около 10—15%
собственной скорости аппарата. Очевидно, что учет ее
является необходимым для правильного
исчисления пути.
Большое значение для полета имеет
порывистость ветра или изменчивость его величины и
направления скорости. Эта изменчивость почти
полностью определяет условия с точки зрения
устойчивости высоты и курса полета. Поэтому
изучение ветра для воздушного транспорта
должно производиться не только с точки зрения
средних значений величины и направления
скорости ветра,* но, главным образом, с точки зрения
изменчивости этих величин.
Условия прозрачности атмосферного воздуха
или расстояние, на котором бывают видны
предметы на земной поверхности, имеют
преимущественное значение для воздушного транспорта.
Сравнительно большая скорость воздушного
транспорта (от 30 до 175 м/сек) заставляет предъявлять
к условиям видимости особенно высокие
требования.
Облачность и осадки являются одними из
первоначальных эффектов различных процессов,
происходящих в атмосфере.
Оптические явления в атмосферном воздухе и
падающих осадках указывают на то или иное
состояние отдельных атмосферных слоев.
Кроме обычных метеорологических элементов,
значительный интерес представляет также
электрическое состояние атмосферного воздуха на
различных высотах. Этот вопрос будет рассмотрен в
самых кратких чертах в конце настоящей книги.
Рис. 9.
Сифонный барометр.
2. ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО
ДАВЛЕНИЯ
Давление воздуха это та сила, с которой
воздух действует на 1 см2 поверхности. Для того,
20

чтобы ее измерить, необходимо иметь прибор, в котором эта
сила действовала бы на данную поверхность только с одной
стороны. В таком случае сила, которую требуется
приложить к другой стороне, и будет измерять величину давления.
Прибор для измерения давления воздуха называется
барометр ом.
На рис. 9 приведена схема одного из наиболее употребительных
ртутных барометров. В этом приборе сила
атмосферного давления действует на поверхность ртути в открытой части
трубки (на рисунке — справа). Другой конец трубки запаян.
Наполнение трубки ртутью производится так, чтобы в ее запаянном
конце совершенно не оставалось воздуха. Таким образом силе,
действующей на ртуть в открытом колене трубки,
противопоставляется только вес столба ртути, поднятого в другом колене.
Длина этого столба позволяет (если известен удельный вес ртути)
определить давление ртути на уровне ее в открытом конце трубки,
а отсюда и давление воздуха. Как показывают измерения при
помощи такого прибора, величина атмосферного давления
составляет в ^среднем около 1.033 кг/см2.
Для измерения давления служит обычно не непосредственно
единица силы давления, а выраженная в миллиметрах длина
ртутного столба, уравновешивающего давление. При
температуре ртути 0° на широте 45° давлению в 1.033 кг/см2
соответствует, как это не трудно вычислить, столб ртути длиной
в 760 мм.
Таким образом, если говорят: «давление равно 760 мм», следует
понимать, что давление поддерживает в барометре столб ртути
длиной в 760 мм при температуре ртути 0° на широте 45°. Выразим
величину атмосферного давления в динах. Динами называются
такие силы, которые, действуя на грамм массы, сообщают ей
ускорение в 1 см в 1 сек. Так как сила тяжести сообщает массе
ускорение в 980.6 см в 1 сек. (т. е. за каждую секунду
падающее в пустоте тело увеличивает свою скорость на 980.6 см
в 1 сек.), то сила действия тяжести на каждый грамм ртути
будет равной 980.6 дин. Масса ртути, поддерживаемой
атмосферным давлением на 1 см2, равна объему ртути над 1 см2 сечения
трубки, умноженному на плотность ртути, равную 13.596. В
таком случае нормальная сила атмосферного давления выразится
произведением объема столба ртути длиной в 76 см и сечением в
1 см2 на плотность ртути 13.596 и на ускорение силы тяжести
980.6 см в 1 сек, что дает: 76-13.596.980.6=1013250 дин.
В международных изданиях пользуются новой единицей,
носящей название «б а р». Бар соответствует давлению в
1 000 000 дин на 1 см2 или, как легко можно вычислить,
давлению атмосферы, поддерживающему столб ртути в барометре
высотой в 750.1 мм. Одна тысячная бара носит название
миллибара. В практике последняя величина чаще всего
и употребляется.
21

Таким образом нормальное давление в 760 мм будет равно
1013.2 миллибара и т. д. Для перевода в миллибары
численного значения давления, выраженного в миллиметрах,
следует первоначальное число умножить на 4/3
(приближенно).
Определение давления по ртутному барометру требует
известных навыков и предосторожностей. Чтобы правильно
отсчитать по барометру, нужно каждый раз вносить поправку на
температуру ртути и шкалы, а также на изменение силы тяжести
с широтой. Для введения первых
поправок барометры снабжаются
небольшими термометрами,
помещенными в оправе прибора.
Отсчет по барометру
показывает давление на той высоте, на
которой находился уровень
открытого конца барометра в момент
Рис. 10. Разрез коробки Види. отсчета
4 Обычно отсчеты всех барометров
для службы погоды приводят к уровню моря. Для этого следует
прибавить к полученному отсчету вес столба воздуха,
находящегося между уровнем барометра и уровнем моря. Приближенно
эту поправку берут, исходя из того, что барометрическое давление
падает на 1 мм при подъеме уровня на каждые 11 м.
Кроме ртутных, на практике часто применяются
металлические барометры или, как их иначе называют,
анероиды, что означает — безжидкостные. Принцип их
устройств ъътьті'ялштяі ъ ъъхщху&лщт: металлическую короЪку, с
гофрированными основаниями, запаивают так, чтобы находящийся
внутри нее газ совершенно не сообщался с наружным воздухом
(рис. 10). Такая коробка будет изменять своей объем, сдавливаясь
при повышении наружного давления и расширяясь при его
понижении. Если внутри такой коробки присутствует газ в достаточно
большом количестве, изменение ее объема будет происходить и
при изменении температуры.
При повышении температуры и расширении газа коробка при
том же давлении будет расширяться и, наоборот, при понижении
температуры она будет сжиматься. Во избежание этого газ из
барометрической коробки почти полностью выкачивается. Для
противодействия давлению воздуха, внутри или вне коробки
приделывают специальную пружину. Эта пружина растягивает
коробку.
Однако влияние температуры сказывается и на пружине,
изменяя ее упругость. При повышении температуры упругость
пружины уменьшается и при одном и том же амосферном давлении
коробка сдавливается в большей степени, чем при более низкой
температуре. Поэтому внутри коробки нужно оставить некоторое
количество газа. Тогда газ при повышении температуры стремится
22

расширить коробку. В таком случае уменьшение упругости
пружины компенсируется увеличением объема воздуха внутри коробки.
Само собой
разумеется, что для
достижения возможно
полной компенсации
необходимо строго
рассчитать, сколько
газа остается внутри.
Однако этот метод
дает достаточную
компенсацию
только в известных
пределах температуры и
давления. Подобная
компенсация бывает
совершенно
достаточной для
метеорологических целей, когда
анероиды обычно
находятся в закрытых
помещениях, а давле-
Рис. 11. Внешний вид барометра-анероида. ние у поверхности
Земли изменяется
незначительно. Внешний вид металлического барометра (анероида)
приведен на рис. 11.
В металлическом анероиде особой конструкции стрелка не
только указывает существующее давление, но и записывает
последовательные значения
давления для различных
промежутков времени. Такой
прибор называется
барографом. Внешний вид
барографа показан на рис. 12.
Конец указателя анероида
снабжается особым пером.
В него наливаются
глицериновые несохнущие чернила.
Перо записывает положение
указателя в каждый
отдельный момент на ленте,
надетой на барабан.
Барабан вращается
находящимся внутри него
часовым механизмом, с суточным или недельным оборотом. Как
анероид, так и барограф должны быть сравнены с ртутным
барометром. Подробности об этих приборах можно найти в
специальных руководствах по практической метеорологии.
23
Рис. 12. Внешний вид барографа.

3. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА
Определение температуры воздуха требует еще больших
предосторожностей, чем определение давления. Наибольшие
трудности здесь связаны с необходимостью тщательно избегать влияния
солнечных лучей и лучеиспускания соседних с термометром тел,
Рис. 13 Вид термометри- j , <. J4. Расположение термометров
ческой будки. в термомеірической будке
нагретых или охлажденных сравнительно с воздухом. Для
возможного устранения отих влияний термометры устанавливаются
и так называемых термометрических будках.
На рис. 13 показан внешний вид такой будки. Она имеет
стопки в виде двойных жалюзей, совершенно закрывающих дос-
і чуй солнечным лучам внутрь будки и в то же время
позволяющих воздушному потоку свободно проходить сквозь них. Дверка
будки должна открываться на север. Это позволяет при
производстве отсчетов избежать влияния лучей на шарики термоме-
24

тров. Крышка и дно будки устраиваются двойными,чтобы не
нагрелись внутренние части будки и не влияло излучение от
земной поверхности. Высота будки берется такая, чтобы шарики
термометров находились на расстоянии 2 м от земной
поверхности. Площадка, на которой устанавливается будка для обычных
метеорологических целей, должна быть, по возможности,
открыта ветру. Необходимо
обратить внимание, чтобы
на воздушный поток,
омывающий будку, не влияші
большие здания, дым
соседних фабрик и пр. При
недостаточно правильном
выборе места для будки
показания ее термометров
будут иметь значение
только для данного участка и
не дадут представления о
том, как распределяется
температура в воздушном
потоке, омывающем весь
данный район. Особенно
мало доверия внушают
будки, установленные на
железных крышах зданий
больших городов, на
небольших лесных полянах,
во дворах или на очень
небольших участках среди
городских домов.
В будке помещаются
обычно один сухой, один
смоченный, максимальный
и минимальный
термометры (последние два в
горизонтальном положении),
а также гигрометр.
Расположение термометров в
будке показано на рис. 14.
Более портативной иточ-
ной установкой является
так называемый
психрометр А с с м а н а, служащий одновременно для
определения как температуры воздуха, так и содержания в нем
водяных паров. Этот прибор показан на рис. 15. Через каналы
психрометра при помощи центробежного вентилятора
прогоняется воздух, омывающий шарики термометров. Отсчеты по
термометрам производятся в их открытой части. Для защиты от влп-
Рис. 15. Вид психрометра Ассмана.
25

;яния солнечных лучей, трубки с шариками термометров сделаны
двойными и тщательно отникелированы.
Для измерения температуры воздуха психрометр должен
подвешиваться так, чтобы шарики его термометров оказались на
высоте 2 м от земной поверхности. При отсчете как по этому
прибору, так и вообще по другим термометрам, следует начинать
с определения сначала десятых градуса, а затем уже целых
градусов.
Присутствие наблюдателя около прибора всегда может через
несколько секунд изменить его показания в десятых долях градуса.
4. ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА
Второй термометр в психрометре Ассмана предназначен
для определения водяных паров, находящихся в воздухе. Он
покрывается слоем тонкого батиста, смоченном перед наблюдениями
дестиллированной водой. Содержание водяных паров в воздухе
-ограничивается известным пределом, увеличивающимся при
повышении температуры- В табл. 5 приведены предельные
значения упругости водяного пара при различных температурах.
Таблица 5
Предельное содержание водяного пара в воздухе при различных
температурах
(Е — давление водяного пара в миллиметрах ртутного столба; q —
содержание в 1 м3 в граммах)
і°
—30
—29
—28
—27
—26
—25
—24
—23
—22
—21
—20
—19
— 18
—17
—16
Е
над
льдом
0.29
0.32
0.36
0.40
0.44
0.48
0.53
0.59
0.65
0.71
0.79
0.87
0.96
1.05
1.15
1*
—15
—14
—13
—12
—И
—10
— 9
— 8
__ 7
— 6
— 5
— 4
— 3
— 2
„ 1
Е
над
льдом
1.26
1.38
1.51
1.65
1.81
1.97
2.15
2.35
2.56
2.73
3.03
3.30
3.59
3.89
4.22
над
водой
1.45
1.57
1.70
1.85
2.00
2.16
2.34
2.52
2.72
2.94
3.17
3.41
3.68
3.96
4.26
t°
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Над водой
Е
4.6
4.9
5.3
5.7
6.1
6.5
7.0
7.5
8.0
8.6
9.1
9.8
10.4
11.1
11.9
Ч
4.9
5.2
5.6
6.0
6.4
6.8
7.3
7.8
8.2
8.8
9.5
10.0
10.7
11.4
12.1
t°
15
16
17
^8
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Над водой
Е
12.7
13.5
14.4
15.3
16.3
17.4
18.5
19.6
20.9
22.2
23.5
25.0
26.5
28.1
29.8
31.6
Ч
12.8
13.7
14.5
15.4
16.3
17.3
18.3
19.4
20.6
21.8
23.1
24.5
25.8
27.3
28.8
30.4
В каждый отдельный момент в воздухе при данной температуре
упругость водяных паров может или равняться значениям,
приведенным в табл. 5, или быть меньше их. Если воздух полностью
26

насыщен водяными парами, то испарения с поверхности батиста
практически происходить не будет. В таком случае температура
этого термометра через достаточный промежуток времени (5—
10 минут) окажется равной температуре сухого термометра.
Если же воздух был не насыщен водяными парами, то, проходя
мимо влажной поверхности батиста, он будет вызывать
испарение.
Испарение произойдет тем интенсивнее, чем больше разность
между данным содержанием пара в воздухе и тем, которое насыщает
этот воздух. На испарение тратится, как известно из физики,
значительное количество тепла. Влажный шарик, теряя тепло,
понижает свою температуру до тех пор, пока приток тепла от
воздуха, проходящего мимо батиста, не-уравновесит потерю тепла
на испарение. Как только температура влажного термометра
перестанет понижаться, необходимо отсчитать показания сухого
и влажного термометров. По этим показаниям, по особой
формуле или по таблицам, и получают значения влажности
воздуха.
Различают обычно абсолютную и относительную влажность.
Под абсолютной влажностью понимают величину содержания
водяного пара в воздухе, выраженную в граммах и приходящуюся
на каждый кубический метр воздуха.
Для характеристики «влажности» или «сухости» воздуха
применяют так называемую относительную влажность или отношение
содержащихся в воздухе водяных паров к количеству их,
насыщающему воздух при той же температуре (см. табл. 5).
Обычно это отношение выражают в процентах. Например, пусть
при температуре воздуха в 12° в нем оказалось 8.1 г водяного
пара на каждый кубический метр. Так как максимальное
содержание пара в кубическом метре составляет при данной
температуре 10.7 г, то полученная относительная влажность воздуха
в данный momqht будет равна 75%.
Следовательно, если тот же воздух начнет нагреваться, а
содержание влаги в нем останется без изменения, относительная
влажность будет уменьшаться при том же значении абсолютной,
так как возрастет максимально возможное содержание влаги.
Наоборот, при понижении температуры воздуха и неизменности
содержания водяного пара в нем, относительная влажность
возрастает. Мы увидим впоследствии, что это обстоятельство
играет колоссальную роль в атмосферных процессах.
Для более грубых определений влажности применяется
волосной гигрометр, приемной частью которого служит пучок
человеческих волос. Обычно применяется тонкий волос,
обработанный щелочами и кислотой для удаления жира.
На рис. 16 изображен гигрометр. Один конец волоса закреплен
у винта а в верхней части прибора, другой навит на ролик внизу
прибора. Ролик растягивает волос действием небольшого грузика.
27

При уменьшении влажности (относительной) волос стремится
сократиться и начинает вращать ролик, а вместе с ним и стрелку.
Положение стрелки на шкале калибрируется сравнением ее
показаний при различных значениях влажности с показаниями
психрометра Ассмана или другого точного прибора. Гигрометр дает
довольно грубые показания примерно с точностью до 4—5%.
Влажность записывается при помощи пучка
волос, действующего на один конец
пишущего пера.
5. ВЕТЕР И ЕГО ИЗМЕРЕНИЕ
Ветром называется движение воздуха
в горизонтальном направлении. Как
всякое движение, ветер различается по
величине и направлению. Скорость ветрч
измеряется обычно числом метров,
которое соответствующая воздушная масса
проходит за 1 сек. Иногда, однако,
измерение скорости ветра производится в
километрах в час и, наконец, для грубых
определений — по шкале Бофорта.
Существует несколько шкал, которые известны
под этим именем. Приведем одну из них- -
по Кеппепу (табл. 6).
Для обозначения направления ветра
указывается точка горизонта, откуда дует
ветер. Так, например, ветер, дующий из
северной точки горизонта в южную,
называется северным и т. д. Точки
горизонта, обозначенные по странам света,
называются румбами. Обычно пользуются
восемью румбами: северный,
северо-восточный, восточный, юго-восточный и т. д.
Северо-восточным ветром, очевидно, называется тот, который дует
с северо-востока, северо-западным — с северо-запада и т. д.
На рис. 17 приведена схема обозначения различных
направлений ветра по румбам. В некоторых случаях направления ветра
обозначаются в градусах, причем точка севера принимается
за 0° или 360°, точка востока — за 90° и т. д. На рисунке
приведены градусные обозначения одновременно с обозначение*?
румбов.
Для измерения скорости ветра применяются специальные
приборы, носящие название анемометров. Если прибор служит
для записи скорости ветра в различные моменты времени, то он
получает название анемографа. Наконец, прибор,
записывающий не только скорость, но и направление ветра, называется
анеморумбографо м. Существует очень много типов
28
Рис. 16. Устройство
волосного гигрометра.

Таблица б
Шкала Кеппена для измерения спорости ветра
Балл по
Бофорту
0
1
2
3
4
5
6
1
8
9
10
11
12
V
м/сек.
0
1
2—3
4—5
6—8
9—10
11—13
14—17
18—20
21—24
25—28
29—33
34
и более
Характеристика
ветра
Штиль
Очень слабый
ветер
Слабый ветер
Небольшой
ветер
Умеренный
ветер
Свежий ветер
Сильный ветер
Крепкий ветер
Штормовой
ветер
Шторм
Сильный шторм
Тяжелый шторм
Ураган
Внешние признаки,
соответствующие различным значениям шкалы
Бофорта
Полное отсутствие движения воздуха
Дым поднимается почти
вертикально вверх
Заметное движение воздуха;
колеблются листья
Колышутся легкие флаги
Флаги развертываются, колеблются
легкие ветви деревьев
Колеблются большие ветви деревьев
Колеблются толстые ветви деревьев;
слышен внутри зданий
Колеблет небольшие деревья
Колеблет большие деревья; создает
некоторое препятствие для
движения против ветра
Ломает ветви, срывает с места
легкие предметы
Клонит деревья к земле,
опрокидывает слабые деревья
Вырывает деревья с корнем,
производит тяжелые разрушения
Уничтожает все на своем пути
анемометров и анеморумбографов. Все они могут быть
разделены на следущие два основных типа:
1. Приборы, дающие или
записывающие значение скорости
направления ветра для некоторых
промежутков времени.
2. Приборы, дающие или
записывающие мгновенные
значения скорости и направления
иетра.
Рассмотрим прежде всего
приборы первого типа. Основной частью
прибора является крест с
полушариями. Расположение полушарий
показано на рис. 48. Из рисунка
видно, что при вращении креста с
полушариями последние идут вперед все одной и той же
стороной, или выпуклой или вогнутой. При действии ветра на
такие полушария в начальный момент (при неподвижных пзлу-
29
Рис. 17. Обозначение руміов.

шариях) создается разность сил между давлениями ветра на правое
выпуклое и левое вогнутое полушария.
Сила давления на вогнутое полушарие окажется, очевидно,
большей, чем сила давления на выпуклое полушарие, так как
обтекание последнего воздухом происходит более свободно. Под
действием этой разности давления полушария начинают двигаться.
Рис. 18. Внешний вид электрического Рис. 10. Внешний вил
анемометра с самопитаниом. анемометра Фусса.
клой стороной — против ветра, так как сопротивление их
движению меньше, чем сила давления на противоположное
вогнутое полушарие.
Однако с ускорением движения скорость обтекания
полушарий, обращенных вогнутой стороной, начнает уменьшаться. Эти
полушария уходят по направлению ветра, соответственно чему
и давление ветра на них уменьшается. Наоборот, сила движения
ветра на полушария, идущие выпуклой стороной против ветра,
начинает с ускорением вращения увеличиваться, так как скорость
30

обтекания их воздухом увеличивается. По мере уменьшения1
первой, большей силы, и увеличения второй, меньшей силы,,
разность между ними приближается к нулю.
Если допустить, что трение в механизме анемометра достаточно
мало (сравнительно с силами, действующими на полушария),
то через некоторый промежуток времени силы давления на
противоположные полушария, когда эти последние достигнут
определенной скорости вращения, окажутся равными между собой.
Дальнейшее вращение их будет происходить равномерно до тех
пор, пока не изменится скорость ветра.
Ось, на которой вращаются полушария, связывается при помощи
системы шестеренок с серией стрелок. Стрелки показывают число-
оборотов креста, умноженное на некоторый коэффициент,
зависящий от размеров креста. Определив при помощи секундомера
число делений, пройденное стрелками на циферблате прибора за
1 сек., получают непосредственно скорость ветра. Для точного*
определения скорости ветра необходимо в полученную таким
образом величину его скорости ввести поправку, т. е. проверить-
прибор в аэродинамической трубе и сравнить его показания о
показаниями нормального прибора. Для каждого экземпляра
дается отдельная табличка. На рис. 19 приведен вид анемометра
Фусса. Данные о скорости ветра, получаемые помощью
прибора Фусса, относятся к промежутку времени, в течение
которого происходило определение числа оборотов. Следовательно,
устройство прибора позволяет получить лишь среднюю*
скорость ветра за какой-либо заданный
промежуток времени.
Для передачи получаемых анемометром данных на расстояние
пользуются обычно электричеством. Не входя в детальное
описание этих приборов, отметим, что в приборах, принятых до сих
пор, показания скорости ветра передаются числом контактов,
замыкаемых через определенное число оборотов полушарий. В
некоторых новейших приборах источником тока служит небольшая
дпнамомашина, укрепляемая на оси полушарий. Для передача
направления ветра в существующих приборах применяют обычно
девятижильный кабель. Однако, как показал автор, те же
данные можно получить при помощи двух проводов или одного
(при втором заземленном).
Тот же прибор может быть применен и для передачи
показаний скорости и направления ветра по радио. Эти данные
могут получаться на летательном аппарате непосредственно
во время полета от анемометра. Если сигналы анемометра
передаются на достаточно длинной волне (более 300 м), то они
могут одновременно быть использованы для целей
радиопеленгации (определения направления на прибор по его сигналам).
Указанные приборы измеряют среднюю скорость ветра за
определенный промежуток времени. Эти данные применяются в
воздушном транспорте для ориентировочного определения условий*
31

взлета и посадки. Более
точное определение этих условий
возможно, однако, лишь по
приборам второго типа.
Приборы второго типа
позволяют получать данные о
скорости и направлении ветра,
соответствующие одному
какому-либо моменту в отдельности, В
наиболее совершенных из них
определяют давление
воздушного потока на поставленное в
нем какое-либо препятствие.
На рис. 20 приведена схема
наиболее распространенного
устройства для этой цели,
применяемого в анемографе Фусса.
Сущность его заключается в
следующем.
Труба 1 при помощи
флюгерного приспособления 2
устанавливается против воздушного
потока. Последний, встречая
трубку, оказывает известное
динамическое давление на воздух,
находящийся в канале 3
трубки.
Величина этого давления
пропорциональна квадрату
скорости ветра и прямо
пропорциональна плотности воздуха.
Для получения давления
наружного воздуха трубка имеет
на наружной поверхности
круговую щель 4. В этой щели
протекающий мимо поток
создает давление окружающего
воздуха. Канал 3 через
трубку соединяется с внутренней
полостью колокола 5,
плавающего в жидкости, а щель 4 при
помощи трубки 6 — с верхней
полостью 7 сосуда, где плавает
колокол. Форма этого
колокола подбирается таким образом,
чтобы вес его по мере выхода из воды (вес колокола минус вес
вытесненной им воды) возрастал пропорционально квадрату
величины поднятия колокола.
Рис. 20. Схема анемографа,
записывающего скорость, направление и
порывистость ветра
і2

Допустим, что при скорости ветра в 1 м/сек колокол вышел из
воды на 1 см. В таком случае при возрастании скорости ветра,
положим, в два раза суммарная сила давления и разрежения
воздушного потока, приложенная к колоколу, возрастает в четыре
.
Рис. 21. Внешний вид пишущего механизма анемографа Стеф-
фенса-Гедэ.
раза; эта сила будет, следовательно, уравновешена при увеличении
веса колокола в четыре раза. Так как это возрастание при
указанном выше устройстве будет происходить при выходе из воды
колокола на длину, в два раза большую, чем ранее, то
перемещение колокола и связанного с ним пера по вертикали окажется
пропорциональным скорости ветра.
3 Атмосфера •-"

* < *3 с; с*; si ч> Sc ¦«> S5 •*¦*» nS
2 a-
o
3
ZJ
У 2
x
g Э ¦« *> « ч, bj ?
»а«.»л-ім *.i*5 *»
СО а.
о
<м" I
см I
• са
? °
Н и

При всем остроумии идеи этого приспособления оно имеет и
недостатки, так как связано со значительным увеличением
инерции показаний прибора. Последняя особенно увеличивается, если
трубки, подводящие воздух к колоколу, недостаточно широки и
имеют значительную длину. По исследованиям, произведенным
автором, показания прибора с колоколом достигают истинных
значений только через 3—4 сек. после возникновения действия
потока на приемник прибора.
В некоторых анемографах вместо колокола применяются
коробки, аналогичные описанным в приборах для измерения
атмосферного давления. Однако и здесь наблюдается
запаздывание показаний, так как для изменения объема коробки
необходима подача некоторого количества воздуха. При большей длине
передаточных трубок и небольшом диаметре их сечения эта
подача происходит,
очевидно, с некоторым
замедлением.
На рис. 21
приведен внешний вид
построенного на
аналогичном принципе при-
б ор а конструкции
Стеффенса -Геде.
Здесь нижнее перо
з аписывает
мгновенные значения
скорости ветра при помощи
приспособления,
описанного выше.
Плавающий колокол
находится в
цилиндрическом сосуде, в нижней части прибора. Второе снизу перо
записывает среднюю скорость ветра. Барабан Л вращается под
действием приемника средней скорости ветра, и каждый оборот
его соответствует определенному количеству воздуха, прошедшего
мимо прибора. Тому же количеству воздуха соответствует и
каждый зигзаг записи второго снизу пера. Наконец, два верхних
пера записывают мгновенные значения ветра.
Для получения записи направления имеется следующее
приспособление. Стержень С вращается вместе с флюгерным
приспособлением, находящимся над крышей здания. Вращение стержня
С передается посредством шестеренок барабану В, который за'-
ставляет оба верхних пера подниматься или опускаться в
зависимости от угла поворота барабана. Кроме того, здесь же имеется
приспособление, отводящее попеременно одно из пищущих перьев
таким образом, чтобы при западных румбах писало нижнее из
этих двух перьев, а при восточных — верхнее. На рис. 22
приведена запись такого прибора, дающая наглядное представление
о* . 35
вв
во
W
40
;w
?ti
10
щ
«
7
ав
&і
о
I
I
I
лглг
п
?
А
1
|
ill
М
*1
*
L
н
1^
А
чг
to
г
*
\П
V
і
>
4
'
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
7р
L
N
^1
і
tp
1
И
J
\
{
Г
1
\
1
і
.
і
И
J'
Р
л
\
И
*\
і
1,
1h
і
Л
V
\
\
лр
25
1Ь
fp
О
Рис. 23. Запись шквала в 6 час. 45 мин. 24 июля
1936 г., вызвавшего аварию самолета.

об особенностях изменений скорости, направления ветра и его
структуры. На рис. 23 приведена запись того же прибора,
получившаяся в момент аварии самолета (6 час. 45 мин).
Для получения показаний скорости ветра с наименьшей
инерцией автор предложил применять пропеллер с большими
поверхностями. Этот
пропеллер при действии
на него ветра
поворачивает с большой
силой свою ось и
связанное с ней
перо, пишущее по
поверхности барабана
(рис. 24). Для
устранения инерции
пропеллера при его
поворотах имеется
достаточно большая
нейтральная
поверхность jS, расположен-
ная в плоскости
движения воздушного
потока. Отклонение
оси пропеллера от
начального
положения вызывает изгиб
пружины С,
укрепленной в точке Сг
на стержне q. По мере
изгиба длина
пружины укорачивается.
Это вызывает
соответственное возрастание силы ее сопротивления. Нужно подобрать
профиль пружины таким образом, чтобы угол поворота пропеллере
под действием ветра оказался пропорциональным не силе
давления ветра, а первой степени скорости ветра. Показания такой
установки почти совершенно свободны от запаздывания.
К простейшим приборам для измерения мгновенной скорости
и направления ветров относится флюгер Вильда,
изображенный на рис. 25. Металлическая доска его качается около
горизонтальной оси. Действием флюгера ось качания доски
приводится в положение, перпендикулярное направлению ветра.
Отклонение доски отмечается по шкале в виде душ, имеющей
штифты. Направление ветра определяется по расположению
флюгера относительно горизонтальных штифтов.
Показания флюгера Вильда довольно неточны, так как доска
при совпадении колебаний периода ее собственных качаний
с периодом колебаний скорости ветра начинает совершать большие
Рис. 24. Прибор с приемником в виде
пропеллера для записи порывистости ветра в
свободной атмосфере.
ЗЬ

колебания, чем те, которые имеются в действительности. Для
устранения этого недостатка автором предложено располагать
центр тяжести доски
возможно ближе к оси
качаний. В таком случае
период качания доски
становится очень малым, а
совпадение его с
периодами колебаний скорости
ветра очень редким.
Из всех анемометриче-
ских установок для
авиации представляют
наибольший интерес те,
которые регистрируют данные
о мгновенных значениях
скорости и направления
ветра.
Только эти приборы
могут дать представление о
состоянии порывистости
ветра. Каков бы ни был
прибор, установка его
должна строго удовлетворять
известным требованиям.
Необходимо обеспечить
действие на него
воздушного потока, не
искаженного влиянием каких-либо
случайных препятствий.
Для этого совершенно
необходимо выносить
анемометр на открытое место,
следя за тем, чтобы ни
деревья, ни здания, ни
другие препятствия не
искажали потока воздуха.
Необходимо также, чтобы анемометр находился на расстоянии от
такого рода препятствий не менее как на 300—500 м. Высота
приемника анемометра должна равняться 10 м.
Рис. 25. Вид простейшего прибора для
измерения ветра (флюгер Вильда).

Глава III
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ
1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Исследование атмосферы началось почти одновременно с первыми
попытками человека подняться на воздушных шарах. Правда,
первый полет, совершенный 21 ноября 1783 г. на «монгольфьере» г,
не сопровождался никакими наблюдениями над состоянием
атмосферы, если не считать направления ветра по переносу воздушного
шара. Но уже 1 декабря того же года изобретатель аэростата,
наполняемого водородом, — Шарль, при первом своем полете
взял с собой барометр и термометр и даже измерил температуру
на высоте 3 467 м.
Естественно, что этими подъемами заинтересовались лучшие
умы того времени. Знаменитый физик Гей-Люссак даже составил
первую программу научных исследований атмосферы при
поднятиях на воздушных шарах. Эта программа заключала как
измерения метеорологических элементов — температуры, давления,
влажности воздуха, так и определение состава воздуха на рааных.
высотах, исследование электрических явлений и пр.
Первый полет, специально для научных исследований, был
совершен Джефри в 1784 г., совместно с французским пилотом
Бланшаром. Более строго поставленные исследования атмосферы
были произведены Гей-Люссаком ц Био в 1804 г.
Первые систематические полеты на воздушных шарах с
исследовательскими целями были совершены в'Англии в 1852 г. Вельшем.
Велып применил искусственную вентиляцию для приемников
температуры и впервые получил вполне надежные величины
для температуры на различных высотах. Работы Вельша были
продолжены английским астрономом Глешером, совершившим
28 полетов в начале второй половины XIX в. Однако, несмотря на
затраченные усилия и громадные средства, результаты полетов
Глешера оказались очень незначительными, главным образом,
вследствие неправильной методики измерения.
1 Монгольфьерами называются шары, наполняемые горячим воздухом,
по имени исюбретателей братьев Монгольфь?.
.38

Значительная серия научных исследований была проведена
в Германии, начиная с 1891 г., под руководством Ассмана,
Зюринга, Береона и др. При одном из полетов этой серии
в 1901 г. Зюрингом и Берсоном был достигнут рекорд высоты
в 10 800 м.
В 1931 г. бельгийский ученый Пикар поднялся на 16 000 м
на аэростате специальной конструкции, называемом стратостатом.
Одновременно с подъемом наблюдателей на воздушных шарах
были попытки исследовать атмосферу при помощи приборов,
поднятых на воздушных змеях и так называемых привязных
шарах, без наблюдателей. Исследования при помощи воздушных
змеев производились еще Арчибальдом в 1883 г. в Англии.
Систематическое применение их относится к началу 90-х годов, когда
американский ученый Роч начал поднимать на воздушных
змеях самопишущие приборы.
В 1900 г. в Германии, сначала около Берлина, затем в местечке
Линденберг, была организована аэрологическая обсерватория,
также начавшая систематические подъемы воздушных змеев
с самопишущими приборами. Достигнутая здесь высота
составила 9400 м и оказалась мировым рекордом.
В России змейковые подъемы были начаты в конце прошлого
столетия С. И. Савиновым и В. В. Кузнецовым. В 1904 г. было
организовано змейковое отделение при
Магнитно-метеорологической обсерватории. В 1911 г. отделение было преобразовано
в Аэрологическую обсерваторию для систематических
исследований, а в 1931 г. во Всесоюзный институт аэрологии.
Максимальная высота подъема самопишущих приборов на змеях была
достигнута в 1926 г. и составила 5100 м. Средняя же их высота
составляет около 2—3 км.
Значительным препятствием развитию змейковых подъемов
служат линии -высокого напряжения, проходящие в последнее
время вблизи главных городов СССР. Соответственно этому
высокие подъемы, связанные с риском обрыва стальной
проволоки, на которой поднимаются змеи, становятся все более
трудными. Однако значение этого метода остается весьма'большим
для исследования нижнего слоя атмосферы (до 1—2 км). Записи
приборов, поднимаемых на воздушных змеях, показывают
распределение температуры, влажности, давления, скорости и
направления ветра и его порывистости. По точности записей, по
количеству материала эти наблюдения при помощи змеев должны
быть поставлены на первое место.
На рис. 26 показан воздушный змей конструкции автора.
Метод шаров-зондов позволяет производить
исследование до высот, гораздо больших, чем все остальные, так как
самопишущий прибор подвешивается к небольшому воздушному
шару и выпускается свободно лететь в атмосферу. Естественно>
что успех этого метода целиком связан с находкой прибора,
падающего на землю после разрыва шара.
зу

В 1893 г. впервые исследователи Безансон и Эрмит пустили
самопишущие прибрры (метеорографы) на бумажных или
матерчатых шарах. Вертикальная скорость шаров постепенно
убывала по мере подъема вверх. Для достижения больших высот
приходилось брать шары больших размеров, наполняемые
у земной поверхно-
¦' --— ---vr-7-7.7^7! сти д0 05ъема 100 —
/ * 200, а в некоторых
/ ' . случаях даже 400 м3.
Естественно, что стои-
4 " ! мость таких шаров
очень велика и
каждый подъем требовал
v ч длительных приготов-
/ \ \ ленпй.
\ \ Громадным шагом
вперед было
предложение Ассмана
применять для оболочек
таких шаров не
материю или бумагу, а
ренину высшего
качества. Такой баллон,
имеющий подъемную
силу у земной
поверхности, положим, в 5кг,
сохранял ату силу до
момента разрыва, так
как водород,
заключенный в шаре, мог
расширяться с
уменьшением наружного
давления. В
результате, хотя плотность
воздуха с высотой и
убывает, увеличение
размеров шара
компенсирует это убывание,
и величина подъемной
силы, равной весу вытесненного воздуха, остается без изменений.
Благодаря такому замечательному свойству, резиновые шары-
оОнды смогли достигать гораздо больших высот, чем матерчатые.
Последние только в исключительных случаях могли подниматься
до высоты 15—18 км, резиновые же баллоны при сравнительно
небольших начальных размерах — в несколько кубических
метров — поднимали приборы до 20—30 км.
Растяжение резины при таких поднятиях достигает
поразительных размеров. Например, для случая поднятия шара-зонда
40
Рис. 20. Воздушный змей перед взлетом.

на 30 км мы имеем такие данные: вес баллона был равен 2020 г*
Толщина стенок в нераздутом состоянии составляла 0.3 мм.
Диаметр шара в нераздутом состоянии был 1.5 м. Наполненный
водородом шар приобрел объем в 4.2 м3. На высоте 30 км, где
давление составляло 7 мм, т. е. менее 1/100 начального давления,
объем шара достиг величины д 36.6 м3. Диаметр шара возрос до
8.88 м и толщина стенок уменьшилась от 0.173 мм у земной
поверхности (в раздутом состоянии) до 0.00872 мм. Конечно,
приведенные числа относятся к исключительному подъему. Но и
в обычных подъемах растяжение резины настолько значительно,
что позволяет шару достигать высот в 20—25 км.
2. МЕТЕОРОГРАФЫ
Приборы,, регистрирующие состояние метеорологических
элементов в атмосфере, носят общее название метеорографов.
Они различаются между собой только устройством и
расположением отдельных деталей.
В каждом метеорографе прежде всего должен иметься
самописец давления, по которому вычисляются высоты, соответству-
Рис. 27. Схема коробки Бурдона.
ющие тому или другому моменту записи остальных
метеорологических элементов. Приемником давления служат или коробка
Види (метеорограф Марвина) или коробка Бурдона.
Считая первую известной по описанию метеорологических
приборов (раздел 2, гл. II), опишем вторую, наиболее
употребительную во всех аэрологических приборах. Она представляет собой
сплющенную на шаблоне латунную трубку (рис. 27), получающую
при изготовлении некоторую кривизну. Как и из коробки Види,
воздух из трубки выкачивается (остается только количество,
могущее компенсировать влияние температуры на напряжение
самого металла). При усилении давления на коробку она
сгибается, при уменьшении — разгибается.
Метеорографы предназначаются для подъема в свободной
атмосфере и должны подвергаться значительным (в несколько сот
миллиметров) колебаниям давления. Перо для записи давления
устраивается поэтому обычно не особенно значительной
чувствительности. В среднем 1 мм изменения ординаты (расстояния
пера от нижнего края записи) пера давления соответствует
приблизительно 10—12 мм изменения давления. Приемник соединяется
с рычагом пера так, что последнее поднимается при
уменьшении давления. Это соответствует поднятию прибора в атмосфере.
41

Приемником температуры в метеорографах служит обычно
биметаллическая пластинка, представляющая собою две спаянные
до плоскости пластинки: латунная и из инвара (сплав железа
с никелем), весьма мало изменяющего свои размеры под
влиянием температуры. Латунь, в противоположность инвару имеет
довольно значительный коэффициент расширения. Полученная
вышеуказанным образом пластинка при изменении
температуры будет изменять свою кривизну. Придавая пластинке ту
или иную форму, достигают того, что при одном закрепленном
конце —'второй перемещается пропорционально изменениям
температуры. Эти перемещения передаются рычажной передачей
на перо, вращающееся около оси. Обычно чувствительность пера
доводится до 1—2 мм на 1°* изменения температуры.
Следует иметь в виду, что чем тоньше биметаллическая
пластинка, тем больше ее чувствительность и скорость восприятия
происходящих изменений температуры. Это особенно важно для
метеорографов. Однако слишком тонкие пластинки обладают
малой упругостью, что может вызвать задержку пера на бумаге.
Во избежание этого приходится брать пластинки возможно более
широкие, не тоньше 0.5 мм и употреблять одновременно несколько
приемников, действующих на одно и то же перо. Соединение
приемников термографа устраивается так, чтобы поднятие пера
соответствовало уменьшению температуры.
Приемник влажности (гигрограф) — это пучок женских волос,
предварительно обезжиренных и очищенных. Такой пучок
обладает свойством растягиваться, если влажность
увеличивается, и укорачиваться при ее уменьшении.
Один конец пучка укрепляется неподвижно, второй
соединяется с рычагом и вращает перо гигрографа около оси. При
натягивании пучка рекомендуется располагать отдельные волоски
не слишком плотно друг к другу, чтобы быстрее воспринимались
изменения влажности. Это особенно важно для такого инертного
прибора, как гигрограф. Смещение пера гигрографа обычно
составляет около 3—4 мм ординаты на 10% влажности.
Четвертым приемником метеорографа служит анемограф.
Последний устраивается в виде креста с полушариями (рис. 18) или
пропеллера. Под действием ветра система червячных и зубчатых
передач вращается. Последнее колесо вращает эксцентрик.
Эксцентрик, в свою очередь, поднимает и опускает конец пера,
вращающегося около центра и оттянутого вниз небольшой пружиной.
Каждое колебание пера вниз и вверх дает при регистрации
зубчатую линию. Это колебание соответствует определенному числу,
оборотов полушарий (обычно 1000 оборотам). Если известны
скорость вращения барабана, на котором происходит запись,
и соотношение между оборотами полушарий и скоростью ветра,—
можно вычислить скорость ветра, действовавшего на приемник.
Сказанное относительно устройства отдельных частей
метеорографов относится ко всем существующим типам их, которые

различаются между собой расположением частей и некоторыми
другими деталями, зависящими от назначения прибора. На рис. 28
показан вид метеорографа для самолетов.
Дешевый и простой метод шаров-зондов получил очень быстрое
распространение. Уже в 1896 г. Международная комиссия
объединила работы по исследованию верхних слоев атмосферы сначала
всех европейских стран, а затем и всего мира. Однако выпуск
шаров-зондов не везде возможен или, вернее, не везде имеет
смысл. В населенных районах нахождение и возвращение приборов
достигает 90—95%. В районах, покрытых болотами, лесами и пр.,
¦
Рис. 28. Внешний вид метеорографа для подъема
на самолетах.
с малой плотностью населения, возвращение таких приборов
становится довольно редким случаем. В арктических районах
„вообще *не приходится ждать нахождения приборов. Там смысл
метода шаров-зондов совершенно теряется.
Особенно трудны условия для этого метода на севере нашего
Союза. Чтобы исследовать там верхние слои атмосферы, а также
получить данные зондировки непосредственно после выпуска
прибора, автор разработал новый метод, получивший в настоящее
время название метода радиозондов.
3. МЕТОД РАДИОЗОНДОВ
Сущность метода заключается в том, что прибор особой
конструкции соединяется с небольшим коротковолновым
передатчиком, подающим вниз особые сигналы. По этим сигналам
определяются температура, давление и влажность слоев воздуха,
в которых находится в данное время прибор.
43

При первых шагах в этом направлении автор встречал
всеобщее недоверие даже к самой возможности подобных
исследований. Один виднейший немецкий ученый, руководитель
Международной комиссии по исследованию верхних слоев атмосферы,
на запрос автора в 1928 г. о его мнении по этому поводу, сообщил,
что возможность подобных исследований очень сомнительна.
Они потребовали бы, по его словам, очень громоздкого, тяжелого
передатчика.
Однако работы продолжались. Благодаря моральной и
материальной поддержке, оказанной правительственными органами,
работы были успешно закончены. 30 января 1930 г. в Институте
аэрологии был выпущен первый в мире радиозонд. Он дал во
время подъема сигналы о состоянии температуры до высоты
в 9 км. Немедленно после выпуска данные радиопередачи были
обработаны и сообщены в,Центральное бюро погоды.
Метод радиозонда разрешил проблему исследования верхних
слоев атмосферы в арктических странах. Уже в 1931 г. автор
выполнил 9 исследований этим методом в с. Полярном во время
полярной ночи. В том же году автор произвел четыре выпуска
радиозондов с дирижабля «Граф Цеппелин», во время полета его
в Арктику. Наибольшая высота подъемов составила 17км. В 1933 г.
в полярных районах работали три станции с радиозондовыми
наблюдениями — Земля Франца Иосифа, с. Полярное и Маточкин
Шар. До настоящего времени выполнено несколько тысяч
подъемов, давших полную картину строения атмосферы в полярных
условиях.
Подчеркнем, что метод радиозонда предложен, разработан,
впервые применен и введен в систематические исследования
в Советском Союзе. Значительное количество радиозондов было
изготовлено для заграницы.
В настоящее время имеется ряд конструкций радиозонда,
предложенных как у нас в Союзе, так и за границей. Первая
по времени идея, предложенная автором еще в 1923 г.,
заключается в том,*что указатель температуры, связанный с тем или
иным приемником температуры, перемещается по зубцам
гребенок. Каждая гребенка связана с коммутатором, дающим число
контактов, соответствующее номеру гребенки. Таким образом
перемещение ее по зубцам будет связано с изменением сигналов,
подаваемых гребенками.
Второй метод для передачи данных о состоянии
метеорологических элементов заключается в следующем.
Приемные части прибора показаны на рис. 29 уо-ловно, в виде
коробки N. Необходимо, чтобы все эти части были устроены
следующим образом. Каждый из взятых приемников действует
отдельно на соответствующую стрелку. Эта стрелка вращается
концентрически с другими стрелками. Стрелки показаны на
рисунке в разрезе и в плане. Концентрически с этими стрелками,
но изолированно от них, вращается стрелка т часового механиз-
44

ма М. Механизм М должен иметь устройство, обеспечивающее
равномерное вращение стрелки.
На одном из пунктов рамки всего прибора укреплен
постоянный контакт А в виде двойной вилки. Контакт А и механизмы
приемников связаны между собою электрически. Механизм М,
изолированный от контакта А и механизма приемников,
соединен через передатчик R и проводящую сеть (или через эфир при
помощи электромагнитных волн) с хронографом Q. Ток в
хронографе замыкается через проводящую сеть, механизмы и контакты
в тех случаях, когда стрелка т часового механизма М
соединяется или с контактом Ау или с одной из стрелок приемников.
Во всех этих случаях хронограф записывает на ленте
соответствующую отметку ?
как показано внизу
рисунка.
Если лента
хронографа двигалась
равномерно, что,
конечно, легко
осуществимо, то расстояние
между двойными
контактами А1 и А2
соответствует
некоторому промежутку
времени, в течение
которого стрелка
сделает полный оборот.
При равномерности
вращения этой
стрелки расстояние
какого-нибудь из контактов п от постоянного контакта А1, А2 и т. д.
соответствует, очевидно, расстоянию соответствующей стрелки
прибора от постоянной точки прибора А. Чем больше
повернется стрелка в сторону контакта соответственно состоянию
приемника, тем меньший промежуток времени потребуется
стрелке т, чтобы пройти угол между, постоянным контактом и
указателем.
Чтобы избежать ошибки в определении времени вращения
стрелки, можно брать не непосредственно промежуток времени,
соответствующий меткам на хронографе, а отношение этого
промежутка к расстоянию между последовательными метками
контакта А. В таком случае отношение будет определять .положение
стрелки пи если, разумеется, выполнено основное условие
работы прибора — равномерность вращения стрелки и
равномерность хода ленты хронографа.
Аналогично этому получается, очевидно, положение и других
стрелок прибора. То обстоятельство, что соприкосновение стрелки
с указателями приемников может сдвинуть последние с их места,
45
А[ п, п2 Цз і*і А* {Ц Иг Цз
Рис. 29. Схема радиозонда с часовым механизмом.

не представляет опасности, так как для расчета можно брать
не конечные точки штрихов на ленте хронографа, а начальные
соответствующие первому моменту соприкосновения стрелки
с указателем.
Если для передачи этих контактов применять
отравительную радиостанцию, то возможно обойтись без соприкосновения
стрелки с указателями, пользуясь тем обстоятельством, что
при наибольшем их сближении меняется емкость всей системы.
При коротковолновом передатчике это сказывается на
приемном механизме в виде резкого изменения силы тока передачи.
Порядок расположения указателей должен быть, очевидно,
постоянным; для этого приемники механизма должны быть устроены
так, чтобы при всех возможных в атмосфере состояниях со-
о
<пжж\
Рис. 30. Схема передачи состояния метеорологических элементов
(температуры) по измерению емкости.
ответствующих элементов их указатели не выходили из своих
квадрантов. В таком случае порядок штрихов на записи
хронографа будет всегда один и тот же, ¦
Для той же цели может служить следующий принцип.
Допустим, что приемник температуры вызывает при изменении
температуры перемещение пластинки С2, служащей одной из пластин
конденсатора (рис. 30). Последний входит'в колебательный контур
радиопередатчика и при изменении емкости определенным
образом влияет на длину испускаемой передатчиком волны или,
что то же самое, на частоту колебания системы. Измеряя эту
частоту тем или иным частотомером, определяют состояние
температуры, предполагая, что никаких других факторов,
вызывающих изменение колебаний, не существует.
Подобный принцип был применен Дуккертом для немецкого
радиозонда. Первый прибор был выпущен в" мае 1930 г. (на 5
месяцев позже советского радиозонда), но относительно удовлетво-
46

рителыше результаты были получены только в 1931 г. Однако
до настоящего времени, несмотря на большой опыт и затрату
средств, этот метод вполне удовлетворительных результатов не
дал.
Основной причиной неуспешности его применения является то,
что частота колебаний передатчика определяется не только
конденсатором, но и рядом других факторов. Кроме того, емкость
конденсатора изменяется в зависимости от изменения плотности
воздуха, и, следовательно, соотношение между положением
Рис. 31. Схема передачи состояния температуры по измерению емкости.
пластинки С и испускаемой частотой не остается постоянным.
Для устранения последнего недостатка автор предложил г
следующее видоизменение схемы Дуккерта.
Допустим, что пластинка С2 (рис. 31) вращается каким-либо
механизмом (часовым, пропеллером). Она включается в
колебательный контур один раз через неподвижный контакт при
определенном расположении относительно других пластинок конден-.
сатора. Второй раз она включается через указатель, связанный
с приемником Г. Таким образом изменение в положении
указателя поведет к тому, что второе включение конденсатора в контур
произойдет при различном вхождении пластинки С2 в конденсатор,
тем большем, чем дальше отстоит указатель от начального поло-
1 Авт. свид. от 13/V 1932 г. № 32966.
4?

жения. Предположим, что в короткий промежуток времени между
последовательными включениями конденсатора все остальные
факторы, влияющие на частоту излучаемых колебаний,
изменяются незначительно. В таком случае можно будет определить
смещение указателя по разности частот, излучаемых
передатчиком при двух последовательных включениях пластинки С2:
через постоянный контакт и через указатель. Подобный принцип
с небольшими изменениями был положен в основу финского
радиозонда конструкции Вайсала.
Чтобы устранить влияние общих изменений емкости, автор
предложил также следующее устройство: переменный
конденсатор, зависящий от приемника температуры, введен в схему
звукового генератора параллельно другому конденсатору с
постоянной емкостью. Изменение положения пластин первого
конденсатора, вызываемое изменением температуры, изменяет
модуляции излучения, в зависимости от разности емкостей
постоянного и переменного конденсаторов. Определяя ч&стоту
модуляции, можно измерить емкость переменного конденсатора, а
отсюда — и температуру.
Французский зонд построен на принципе, описанном ранее.
В качестве меры расстояния между постоянным контактом и
указателем (рис. 29)" принято число разрывов, подаваемых
вращающим стрелку механизмом, и между постоянным контактом А
и указателем. Чтобы избежать замыкания тока, разрывы
излучения производятся не скользящими контактами, а вращением
небольшой пластинки конденсатора между другими обкладками.
Таким образом, при данной настройке приемника будут
наблюдаться разрывы в сигналах, подаваемых передатчиком. Эти
разрывы вызваны изменением длины волны передатчика при
вхождении пластинки в пространство между обкладками
конденсатора. Число разрывов между двумя последовательными
сигналами, поданными при прохождении постоянного контакта
и указателя, позволяет определить состояние приемника,
действующего на данный указатель.
В СССР получил распространение прибор
гребенчатого типа.
Идея этого прибора в основном заключается в том, что перо
^температуры скользит по зубцам четырех гребенок, переходя
с зубца одной гребенки на зубец соседней. Каждая гребенка
соединена с пластинкой коммутатора, дающего число точек,
равное номеру гребенки. Таким образом переход пера с одного
зубца на другой отмечается по смене числа подаваемых сигналов.
Перо, показывающее давление, перемещается по гребенке с
редкими зубцами. Каждый раз, как оно находится на зубце
первая точка из температурных сигналов удлиняется.
В настоящее время приборы этого типа передают, кроме
температуры и давления, также состояние влажности и высоту
верхней поверхности облаков. Вес прибора последней модели доведен
48

до 200 г, вместе с радиопередатчиком и батареями. На рис. 32
показан этот прибор (без передатчика и батареи).
Для уменьшения веса батарей автор применил небольшой
трансформатор, повышающий напряжение от одного элемента
батарей (20 вольт) до 50 вольт.
Приборы гребенчатого типа получили большое
распространение. Их изготовление не требует введения сложных деталей,
а прием сигналов настолько прост, что уже после нескольких
Рис. 32. Внешний вид радиозонда гребенчатой системы.
выпусков наблюдатель полностью осваивает эту технику. В
настоящее время в СССР имеется около 25 пунктов, где
производятся выпуски радиозондов гребенчатой системы.
Все описанные выше методы представляют собою
автоматизированные исследования, где приборы регистрируют состояние тех
или иных метеорологических элементов.
Для наиболее полного изучения атмосферы необходимо
производить и непосредственные исследования. Широко
распространен способ подъема наблюдателя на самолете, когда можно
тщательно исследовать все слои и области атмосферы, представляющие
в данный момент интерес .для изучения.
В последние годы обширная программа самолетных подъемов
была выполнена в Исландии — в центре циклонической
деятельности Европы, «делающем» погоду для всей Западной и Восточной
4 Атмосфера ^"

Европы. Для подъемов в атмосферу обычно применяют
быстроходные машины, легко набирающие высоту.
На специальных самолетах удается совершать подъемы на
10—12 км, как это неоднократно делали советские летчики:
я ооо
" " ™^ЬШ;
»v .• ж™
_JJE3SS " &&IWU ffi?№'!?>) F^W
40 OOO
CTW'-ffijPjgSag!
if
I1
3D OOO
Шар зонд (Виганд)
H 4
I
~Радио зонд nod Слуцком
Ж
го ооо
О OOO
Радио зонд с и, Сеттпьт^Щ^іЗЗЗг
аеяаина 8Арктике іЗЗ/г
ЗксялорсрЛ-
№5г
10
к&
.Яиквр
Ю2г\
Сбей 1936г~
¦8
¦Ч4]
36,
Объемные
20 процтпы21
11
Ю 9876543 240
варцивльнос давление в fat ТВ J
60е 40' 20е О* 20'
Температура по радив зондоя б
Слуцке
Рис. 33. Распределение высот, достигнутых различными
летательными аппаратами.
Коккинаки, Алексеев и др. На рис. S3 приведены сравнительные
высоты, достигнутые различными аппаратами, исследовавшими
атмосферу.
г>о

Глава IV
СОСТОЯНИЕ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
1. ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ВОЗДУХА С ВЫСОТОЙ
В состав атмосферного воздуха входят различные газы, в том
числе азот, кислород и др. Оказывается, что плотность
этих газов неодинакова. *
Если вес какого-нибудь объема водорода принять за единицу,
то вес такого же объема азота составит около 14 таких единиц,
кислорода — 16, аргона — 20, углекислоты — 22 и т. д. Наиболее
тяжелым газом является углекислота.
Распределение газов с высотою обусловливается весом этих
газов. В тяжелых газах давление с высотою падает быстрее,
чем в легких. Допустим, что атмосфера полностью состоит из
углекислоты. Поднявшись в такой атмосфере на высоту в 1 км,
мы оставим под собою слой газа. Столб этого газа над единицей
поверхности будет приблизительно в полтора раза тяжелее, чем
столб обыкновенного атмосферного воздуха. Уменьшение давления
при подъеме равно, очевидно, весу оставленного нами под собою"
газа. В атмосфере углекислоты это убывание будет больше, чем
в обыкновенном воздухе. В атмосфере водорода давление с
высотою будет убывать медленнее, чем в углекислоте или
обыкновенном воздухе; в .холодном воздухе быстрее, чем в теплом, и т. д.
С другой стороны, газы, входящие в смесь (которой является
и воздух) и не соединяющиеся между собою химически, ведут
себя каждый совершенно независимо от присутствия других
газов. Каждый газ имеет определенное давление,
соответствующее его температуре и содержанию в данном объеме. Ясно, что
давление каждого такого газа с высотою будет меняться
неодинаково. Тяжелые газы, как углекислота, аргон, кислород,
будут убывать с высотою быстрее, чем азот и гелий.
Подсчет, основанный на этих соображениях, показывает, і^к
с высотою изменяется содержание газов в атмосфере.
Графически картина изменения представлена на рис. 34. Пространство
между кривыми соответствует процентному содержанию газов на
различных высотах. Из рисунка видно, что содержание аргона
делается ничтожно малым уже на высоте 30 км, кислорода —
4* 51

на высоте 80 км, авота — на высоте 110 км. В то же время с
высотою начинает возрастать относительное содержание водорода.
(Убывание водорода с высотой происходит в 14 раз медленнее,
чем, например, азота). Таким образом с высоты 80 км начинается
так называемая сфера водорода.
Однако теоретические расчеты не могут служить основанием
для практических выводов до тех пор, пока они не будут
проверены на практике. В особенности спорным остается вопрос
о составе слоев воздуха выше 12 км, где было очень мало
непосредственных исследований. Естественно, что попытки
исследовать состав верхних слоев особенно интересны в связи с
необходимостью развития там
воздушного транспорта.
Исследования последних
лет заставляют вообще
пересмотреть старые взгляды
на строение верхних слоев
атмосферы. В частности,
точнейшие исследованп я
проб воздуха, взятых на
стратостатах и шарах,
показали, что водород в
атмосферном воздухе как
постоянная составная
часть совершенно
отсутствует. В соответствии с
этим отпадает и гипотеза
о водородной атмосфере
верхних слоев. Результаты
спектроскопических
исследований полярных
сияний, исследований следов
метеоров и пр.
заставляют предполагать, что
на всех высотах атмосфера состоит в основном из кислорода
и азота, причем содержание кислорода выше 16 км постепенно
убывает, хотя и незначительно. С той же высоты начинается
заметное возрастание содержания гелия.
Для практических целей, в частности, для расчета двигателей
стратопланов, — т. е. самолетов, летающих в верхних слоях
атмосферы, — чрезвычайно важно знать точно, сколько там
содержится кислорода. Многочисленные исследования состава воздуха,
произведенные на воздушных шарах, показали, что до высоты
15—16 км соотношение между количеством кислорода и других
газов остается совершенно таким" же, как и у земной
поверхности. Это обстоятельстве, на первый взгляд противоречащее
изложенным выше рассуждениям, объясняется следующим
образом.
52
О 10 Z0 30 40 SO 60 70 60 90 Ш
0foe#B%
Рис. 34. Схема распределения газов
в атмосфере, по Гемфри.

В нижних слоях атмосферы воздух находится под непрерывным
воздействием земной поверхности. Солнечные лучи, падающие
на земной шар, проходят сквозь воздушную оболочку.
Вследствие прозрачности воздуха они теряют в ней сравнительно
небольшое количество энергии. Достигая же земной поверхности,
эти лучи полностью поглощаются почвой, нагревают ее и
повышают ее температуру. .Воздушные массы, находящиеся над
нагретыми участками, будут стремиться вверх, замещаясь другими,
более холодными массами. Нагревание различных участков
земной поверхности, вследствие чрезвычайного разнообразия
состава ее, внешнего вида, растительности и пр., будет различно.
В результате возникает беспорядочное
перемешивание воздуха, достигающее особенно большой силы
в дневные часы летних солнечных дней.
Если в такой день посмотреть в зрительную трубу на предмет,
находящийся близко к горизонту, то мы заметим, что этот предмет
как бы плавает и непрерывно меняет свои очертания. Это
имеющиеся на пути между предметом и глазом воздушные массы
находятся в состоянии непрерывного перемешивания. С высотой
перемешивание, разумеется, постепенно ослабевает, но в большей
пли меньшей степени оно достигает нескольких километров.
В самой атмосфере солнечные лучи также вызывают
перемешивание, так как в воздухе находится большое
количество'различных частичек. Эти частички, нагреваясь, повышают
температуру окружающей массы воздуха и заставляют ее подниматься
вверх. В результате процесс перемешивания воздушных масс
достигает высоты в 10—12 км. Над экватором высота слоя
перемешивания естественно оказывается большей и составляет
16—18 км.
Подъем воздуха сопровождается понижением его температуры
вследствие расширения воздуха при переходе в верхние, более
разреженные слои. Таким образом внешним признаком
происходящего перемешивания будет понижение
температуры. Это понижение наблюдается в атмосфере над средними
широтами до высоты 10—12 км.
Слой перемешивания атмосферы носит название «троп о-
сферы».
На нижний слой атмосферы — тропосферу, земная поверхность
оказывает кроме теплового влияния и чисто механическое.
Если сопоставить слой тропосферы в 10—12 км высоты с
радиусом земного шара, равным 6367 км, то не трудно видеть, что
;>тот слой относительно Земли можно сравнить с бумагой, которой
оклеен школьный глобус, изображающий земной шар.
Естественно, что такой тонкий слой испытывает
механические влияния различного рода — в виде трения,
деформации воздушных потоков около препятствия и т.п. Задерживание
воздушных течений около земной поверхности, а также ряд
других факторов (например, нагревание земли) ведут к измене-
53

нию скорости ветра в связи с высотой. Благодаря этому возникает
механическое перемешивание между слоями с различной
скоростью движения. Возникающее таким образом как тепловое,
так и механическое перемешивание ведет, очевидно, к тому,
что состав воздуха в зоне перемешивания должен оставаться
постоянным.
Но высота зоны перемешивания, как мы уже знаем,
неодинакова на различных широтах. Так как, с другой стороны, мы
имеем мощную систему горизонтальных течений, то можно
думать, что постоянство состава воздуха должно удерживаться до
максимальных высот слоя перемешивания, т. е. до 16—18 км.
Последние исследования Регенера полностью подтвердили это
предположение, высказанное автором еще в 1934 г. («Тропосфера
и стратосфера», стр. 15).
Для получения
данных о составе воздуха
высоких слоев
французский ученый Тейссеран
де-Бор изобрел особый
прибор, автоматически
захватывающий воздух и
приносящий его на зем-
Рис. 35. Прибор Тейссерана д?-Бора для 'лю. Внешний вид прибо-
взятия проб воздуха в атмосфере. ра приведен на рис. 35.
Прибор представляет
собою колбу, один конец которой оттянут в виде тонкой
трубки и на самом конце запаян. Воздух из внутренней полости
колбы совершенно удален. На заранее заданной высоте
барометрическая коробка, подобная той, которая была описана в
разд. 2, гл. II, расширившись до известного предела, сломает
кончик трубки и впустит внутрь колбы воздух. Через
несколько минут после этого та же коробка или движимый
часовым механизмом контакт включает электрический ток в
платиновую проволочку, обматывающую оттянутый конец колбы.
Нагреваясь, проволока расплавляет стекло, и последнее,
сжимаясь, запаивает выход из колбы. Таким образом проба воздуха
попадает как бы в западню и до возвращения колбы на землю
остается изолированной от наружного воздуха.
Тейссеран де-Бор поднимал такие приборы на свободных шарах,
летящих без наблюдателей. Естественно, что часть таких шаров
терялась, часть колб разбивалась ранее, чем они достигали
лаборатории. Все же в одном из таких полетов удалось достигнуть
высоты в 14 км. Анализ вбздуха, произведенный знаменитым
английским физиком Рамзаем, показал, что содержание
кислорода и остальных газов и на этих высотах остается таким же,
как у земной поверхности. Тем не менее, ряд ученых, в частности
немецкий ученый Вегенер, и ряд американских исследователей,
приходили к выводу о том, что выше 12 км в стратосфере соотно-
54

шение между газами должно постепенно изменяться в сторону
более легких газов.
30 сентября 1933 г. при полете стратостата «СССР» в числе
прочих исследований, о которых нам неоднократно придется
говорить далее, были также взяты и пробы воздуха. Приборы
{рис. 36) для взятия этих проб были построены т. Гольцманом
при содействии и консультации Физико-технического института
в Ленинграде. В отличие от сосудов Тейссеран де-Бора, вскрытие
запаянных концов этих сосудов и запаивание после забора
воздуха производилось из кабины стратостата.
Баллон освобождается от воздуха и давление в нем близко
к нулю. Сосуд 1 представляет собой баллон, в который входит
проба. Емкость баллона
равна 1 л. Трубка 2 слу- і
жит для взятия пробы. П ^
Между точками 5 и 5 ^.^ \чпд
находится сужение 3
трубки, обмотанное
платиновой проволочкой
7—8. Вся часть трубки
между точками 5 и 5
помещается в небольшом
баллоне с нормальным
давлением воздуха.
Конец трубки выходит в
вертикальную трубку 9,
где в точке ^находится груз, освобождаемый особым магнитиком.
При включении тока в этот магнит он вытягивает из груза
защелку; груз падает и разбивает конец трубки 4. Под действием
давления наружный воздух входит в пустую полость колбы.
После этого, включая ток в провод 7—#, нагревают проволочку
до тех пор, пока тонкая стеклянная трубка не начнет плавиться.
Размягченная трубка под действием давления в колбочке 6
спаивается и закрывает сообщение полости колбы 1 с наружным
воздухом.
Точнейший анализ пробы воздуха показал, что содержание
кислорода и на высоте 18 км остается т§ким же, как и у земной
поверхности. Таким образом ряд исследований заставляет
думать, что до высоты, по крайней мере 18 км, состав воздуха
остается без изменения, и теоретические расчеты, если они вообще
правильны, должны относиться к более высоким слоям воздуха.
Регенер сконструировал автоматический прибор для забора
проб воздуха на шарах-зондах без участия наблюдателя.
Максимальная высота исследования составила 28 км. Регенер
установил, что, начиная с высоты в 18 км, содержание кислорода
начинает постепенно убывать. Подтверждением данных Регрнера
могут служить результаты исследования проб воздуха, взятых
при полете стратостата «Эксплорер» в 1935 г., получившем для
55
Рис. 36. Прибор Гольцмана для взятия проб
воздуха в атмосфере.

высоты в 22 км некоторое уменьшение содержания
кислорода.
Устройство прибора Регенера показано на рис. 37.
Сосуд для извлечения воздуха служит одновременно и
измерительным сосудом для определения 02. Верхний меньший шар
V1 изготовлен из стекламиріетах и содержит в придатке А медь
для соединения кислорода. Нижний шар F2 изготовлен из
приборного иенского стекла и спаян посредством промежуточных
стекол с верхним шаром. В цилиндрическую часть В впаяно так
называемое «острие Джолли» из черного стекла. Определенный
объем Vx отделяется, когда ртуть касается острия Джолли.
При подъеме весь прибор в
высшей степени освобожден от
воздуха, медь в вакууме
дегазирована при помощи
нагревания. На требуемой высоте кран
11 х открывается на %—1 мин.,
туда входит наружный воздух,
и потом кран снова
закрывается.Операции открывания и
закрывания производятся
автоматически от бурдояовской
коробки.
Для определения содержания
02 в лаборатории соединяют
сосуд для извлечения воздуха
через кран /72 при помощи
резиновой трубки с
барометрической трубкой С, которая, со
своей схороны, соединяется с
шаром, наполненным ртутью. При
помощи водяной бани держат
все, кроме шара D, на
постоянной температуре 20° Ц.
Стратосферный воздух уплотняется впуском ртути посредством крана
Н2 в шар V2 до точно указанного объема Vx при помощи острия
Джолли. Давление /?1? под которым воздух потом остается
при 20э Ц, отсчитываетсЦ через катетометр точно до 0.01 мм.
При 30-минутном нагревании меди до слабого красного каления
происходит соединение 02 (после выпуска воды из
температурной ванны). Когда ванна снова наполнена водой,
температура всех частей прибора дошла опять до 20° Ц, следует
отсчет уменьшившегося давления р. Разность давления газа
до сжигания кислорода и после сжигания позволяет определить
убьшь его, происшедшую за счет поглощения медью кислорода,
а отсюда—количество бывшего в пробе кислорода. Результаты
измерений, произведенных Регенером, приведены на рис. 33
в виде кривой.
Рис. 37. Прибор Регенера для
взятия проб воздуха.
ьь

Автором совместно с В. Д. Третьяковым сконструирован
прибор для взятия проб воздуха на шарах-зондах без применения.
крана, смазка которого может отразиться на содержании озона.
В этом приборе запаивание трубки, ведущей во внутреннюю
полость колбы, производится при помощи термита,
развивающего колоссальные количества тепла. 5—6 г термита достаточны
для запаивания трубки при самых низких температурах.
Отламывание кончика трубки и включение запала на термит производятся
от небольшого пропеллера при вращении его, соответствующем
спуску прибора. Таким путем проба воздуха забирается с
максимальной достигнутой шаром-зондом высоты.
2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ С ВЫСОТОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА
Измерение температуры верхних слоев воздуха описано в главе*
«Методы исследования атмосферы». Эти исследования показали,
что, как зимой, так и летом происходит понижение температуры
около 0.6° на каждые 100 м подъема.
В средних широтах понижение на высоте 11—12 км
прекращается и даже переходит в небольшое повышение. Выше
12 км температура с высотою меняется очень мало. Этот слой
атмосферы носит название стратосферы.
Нижний слой, в котором температура с высотой понижается,
называется, как уже было сказано, тропосферой. В нем
происходят все явления погоды, и до настоящего времени достаточно
полные сведения мы имеем только об этом слое. Величина
происходящего в нем . понижения температуры имеет громадное
значение для характеристики состояния атмосферы.
Обычно для этой цели рассматривают так называемый
вертикальный градиент температуры, под которым подразумевается
величина изменения температуры на 100 м высоты. Величина
этого температурного градиента интересна тем, что она
определяет условия развития вертикальных течений атмосферы. Зти
течения имеют первостепенную важность для воздухоплавания и для
авиации. Состояние атмосферы в отдельных ее частях может быть
устойчивым, неустойчивым и безразличным, смотря по большей
или меньшей ее склонности к развитию вертикальных течений.
Чем легче верхние слои атмосферы относительно нижних, тем
меньше возможность вертикальных перемещений воздуха и тем
больше, следовательно, устойчивость атмосферы.
Плотность воздуха определяется его давлением и
температурой: с уменьшением давления она уменьшается, а с
уменьшением температуры — увеличивается. С высотой уменьшаются
іі давление, и температура, и оба эти обстоятельства влекут за
собой противоположные изменения плотности воздуха. Условие
устойчивости атмосферы требует, таким образом, известного
соотношения между вертикальными изменениями давления, с одной
стороны, и вертикальным температурным градиентом — с другой.
5/

Самостоятельные смещения верхнего воздуха вниз и обратно
возникнут уже при соответствующем нагревании или охлаждении
воздушных масс относительно соседних. Однако устойчивость
атмосферы нарушается только при вертикальном температурном
градиенте в 1°.
Распределение температуры в тропосфере отличается
постепенным ее понижением. Это понижение составляет в среднем 6° на
1000 м подъема. Оно создается в связи с перемешиванием
воздушных масс, находящихся под тепловым и механическим
воздействием земной поверхности. Восходящие воздушные массы,
поступая в более разреженные слои, вынуждены расширяться,
а расширяясь, они затрачивают некоторое количество тепла на
работу расширения и охлаждаются. Для сухого воздуха ото
охлаждение составляет величину, близкую к 1° на каждые 100 м
поднятия. Если поднимается влажный насыщенный воздух, то
одновременно с понижением температуры будет происходить
конденсация водяных паров и, следовательно, выделение скрытой
теплоты парообразования. В результате понижение температуры
восходящего воздуха замедлится и составит величину, меньшую 1°
на 100 м. При высоких температурах воздуха, когда содержание
газообразной влаги быстро изменяется с изменением температуры,
понижение температуры в насыщенном воздухе может составить
всего 0.5—0.4° на 100 м поднятия. При температурах, близких
к нулю, ото понижение становится уже больше 0.6—0.7° на
100 м.
Величина охлаждения поднимающегося воздуха имеет
громадное значение для состояния воздушных масс в атмосфере. Без
точного уяснения этого вопроса невозможно понять самые
основные явления атмосферы; поэтому остановимся на нем несколько
подробнее.
Всякое перегревание или переохлаждение воздушной массы
относительно окружающих слоев ведет к нарушению равновесия
ж к смещению ее вверх или вниз. Если бы воздушная масса при
подъеме,не охлаждалась, а температура окружающего воздуха
оставалась без изменений, то, как не трудно видеть,
полученное перегревание воздушной массы (точно так же, как и ее
переохлаждение) сохранялось бы во всех слоях. В таком случае
воздушная масса двигалась бы вверх, пока, вследствие
перемешивания или других обстоятельств, не выравняла бы свою
температуру с температурой окружающего воздуха.
В условиях атмосферы дело обстоит несколько сложнее.
Поднимающаяся масса не удерживает своей температуры, а
понижает. Сохранить начальное перегревание воздушной массы
относительно окружающих слоев возможно только в тех случаях,
когда в неподвижных слоях, мимо которых она проходит,
изменение температуры составляет такую же величину, на какую
происходит охлаждение двигающейся массы. Этот случай
называется безразличным равновесием. Он указывает, что смещение
58

+04*
,тм7б°ш 7S*
+30°
500м 40°Ш 40°
+28°
400м 52е
80
+08°
J00m82*WA 82*
HI9
.200m 88'
+281
300м 8Г
90
82'
84
+24{
100
88'
+tel
100м 94°Ш 94*
_200м76вШ7б°
+22°
JOOm 88°
массы вверх или вниз не меняет условий ее равновесия или
неравновесия относительно окружающих слоев. Для сухого воздуха
безразличное равновесие будет при падении температуры в
окружающих слоях на 1° на каждые 100 м.
Если теперь понижение температуры в окружающих
неподвижных слоях будет происходить медленнее, чем понижение в
поднимающейся массе, то начальное перегревание этой массы будет
постепенно уменьшаться и на известной высоте обратится в нуль.
Если, например, воздушная масса получила перегревание в 2°,
а в окружающих слоях падение температуры с высотой составляло
0.6° на 100 м, то, будучи далекой от насыщения, наша масса,
охлаждаясь при поднятии на 100 м на Iе, будет терять в своем
перегревании на каждые
100 м поднятия 1.0— +00-
—0.6°, т. е. 0.4°, и на
высоте 500 м
сравняет свою
температуру с окружающим
воздухом (рис. 38).
Таким образом во
всех случаях, когда
температура
неподвижных слоев
понижается медленнее,
чем происходит
охлаждение в
поднимающейся массе,
последняя рано или
поздно должна будет
прекратить свое
поднятие.
Особенно
затруднены будут вертикальные движения, когда температура
повышается с высотой, т. е. имеет место так называемая
инверсия температуры. В таком случае перегревшаяся
масса, поступая в более теплые слои, быстро потеряет
излишек своего перегревания и прекратит подъем. Итак, слои
инверсии оказываются неблагоприятными для развития
вертикальных движений.
Наоборот, в тех случаях, когда температура с высотой в
неподвижных слоях воздуха падает быстрее, чем в поднимающемся
іиыдухе, перегревание постепенно возрастает. Хотя
поднимающаяся масса и охлаждается, она переходит в слои с еще более
пилкой температурой (рис. 38 справа). Очевидно, что в этих
>нговиях вертикальные движения воздуха становятся особенно
интенсивными.
Следует иметь в виду, что при перегревании воздушной массы
іиыникает также система горизонтальных движений — внизу
59
+20*
/ооЩ too*
Рис. 38 Схема изменений температуры в
поднимающемся воздухе относительно температуры
окружающих слоев.

в виде притока холодного воздуха со стороны, вверху — в виде
оттока ее по горизонтали в различные стороны. Эта система
горизонтальных движений ведет, очевидно, к перемешиванию
воздушных масс.
Отдавая свое перегревание окружающим слоям,
поднимающийся воздух нагревает их и заставляет • стремиться вверх.
Получается интенсивный процесс перемешивания, вызывающий
падение температуры на 1° на 100 м. Для влажного воздуха
конечная величина распределения температуры будет несколько
меньше. В связи с этим, а также потому, что процесс
перемешивания происходит не вполне, мы получаем в тропосфере, т. е.
в слое развития процесса вертикального перемешивания, падение
температуры в среднем 0.6° на 100 м.
Это рассуждение имеет, разумеется, чисто теоретическое
значение. В действительности каждое движение отдельной
бесформенной массы воздуха встречает огромное сопротивление со
стороны других масс. Поэтому для более или менее
продолжительного движения воздуха требуется значительное его
нагревание. Так, при горении больших масс (зданий, леса, костров)
перегретый на несколько сотен градусов воздух способен
преодолеть сопротивление его движению и начинает подниматься
вверх в виде восходящего тока.
Однако и в таких случаях восходящие массы редко достигают
больших высот. Только в случае громадных пожаров отмечался
подъем накаленного воздуха до высоты нескольких сот метров,
дававший в верхней части облачные образования. Обычно,
сдвинувшись вверх, воздушная масса немедленно перемешивается
с окружающим воздухом. Горячий воздух из труб фабрик,
паровозов и пр. редко поднимается и уже на небольшой высоте
двигается вместе с ветром. После этого он постепенно расходится
на большое пространство путем отдельных движений
атмосферного воздуха, всегда сопровождающих общее движение его вместе
с ветром.
Гораздо более продолжительными могут оказаться воздушные
движения в виде вихрей. Вихри возникают при обтекании
воздухом различных неровностей земной поверхности, в плоскостях
раздела воздушных течений с различными скоростями и пр.
Их развитию благоприятствует неустойчивое состояние
атмосферных слоев*(при падении температуры более, чем на 1°). Вихри
в атмосфере имеют громадное значение. Они перемешивают
различные слои воздуха и непосредственно влияют на воздушные
аппараты.
Механическое перемешивание воздуха под действием вихрей
имеет особенно большое значение для распределения температуры
по высоте.
Степень понижения температуры с высотою увеличивается
при нагревании солнцем земной поверхности, так как это
нагревание лишь постепенно передается в верхние слои. Наибольшего
би

значения это понижение достигает в дневные, особенно
послеполуденные часы ясных летних солнечных дней. В эти часы
неустойчивое состояние даже на широте Ленинграда может
возникнуть уя?е в апреле. В июне и июле в тех же местах оно иногда
распространяется на слой толщиной более 1000 м. В южных
районах толщина такого слоя может достигнуть двух и более
километров. Чем больше колебание температуры от ночи к полудню,
тем выше развивается неустойчивое состояние. Суточный ход
температуры особенно велик над сухими участками, сильно
нагретыми днем и охлажденными ночью. Наоборот, над водными
или сырыми поверхностями он редко достигает больших
значений.
Над морем эти колебания температуры обычно не превосходят
1—2°. Вследствие этого над морем, вдали от берегов, условия
полета следует считать более благоприятными, чем над сушей.
Вблизи же береговой линии в воздухе сказывается, во-первых,
неодинаковая температура его над сушей и над водой и, во-вторых,
неодинаковые скорости движения воздуха в тех и других
условиях. Особенно плохие условия полета встречаются над
береговой линией, а также вблизи нее в южных морях. Там влияние
береговой полосы сказывается и на направлении ветра, но в
достаточно ясную, сравнительно тихую погоду. Если земная
поверхность перегревается относительно воды, в дневные часы
в нижних слоях возникает приток воздуха от моря к суше, а выше
900—1000 м — От суши к морю. Ночью картина меняется: внизу
ветер тянет к морю, вверху — к суше. Эти так называемые бризы
иногда развиваются настолько резко, что могут быть
использованы при полете в береговой зоне. Меняя высоту полета, можно
выбирать слои? удобные для данного направления полета.
Само собою разумеется, развитие бриза зависит от степени
нагреваемости земной поверхности и высоты переноса тепла
в атмосферные слои.
Если прибрежный район представляет собою береговую
возвышенность, свободную от растительности, перенос тепла
наблюдается в большей степени, и бриз усиленно развивается.
Однако при интенсивном'подъеме воздуха по достаточно высоким
склонам адиабатическое1 охлаждение поднимающегося
воздуха поведет к облачности или туманам по склонам
возвышенностей.
Если склоны покрыты растительностью, то бриз оказывается
очень слабым, так как растительный покров мало нагревается
солнечными лучами. Особенно слабо развивается бриз, если
Гюреговой район равнинного характера и покрыт растительностью
или болотами. Очевидно, изменением растительности по склонам
1 Адиабатическими называются такие тепловые процессы, при которпх
пипышение или понижение температуры является следствием внутренних
процессов, вне зависимости от влияния извне.
61

гор можно в некоторой мере в'лиять на степень развития бриза,
усиливая его в тех случаях, когда необходимо ослабить излишне
высокие температуры района притоком бриза с моря (в дневные
часы).
Поверхности, покрытые богатой растительностью — лес, степь
и пр., резко отличаются пр своим температурам от окружающих
их черных, песчаных и других легко нагревающихся участков.
Усиленное испарение растительностью почвенной влаги и
сравнительно небольшое поглощение ею солнечной тепловой энергии
обусловливают заметное понижение температуры над такими
участками. При достаточно больших площадях это понижение
чувствуется до высоты 1000 м. Уменьшение в таких условиях
вертикального t температурного градиента делает полет более
спокойным, но вблизи леса, конечно, следует ожидать встречи
с зонами вихревого состояния. Точно так же над границей раздела
нагревающихся и холодных участков всегда могут развиться
опасные вихревые движения- воздуха.
Песчаные, бедные растительностью поверхности, при сильном
нагревании Солнцем создают крайне неблагоприятные условия
для полета, так как вследствие интенсивного перегревания
нижних слоев воздуха плотность его с высотой не убывает, а
возрастает.
Хотя расположение поверхностей, в которых более плотный
воздух находится над менее плотным, и не нарушает равновесия,
но каждая неравномерность в распределении температуры в таких
слоях ведет к возникновению самостоятельных движений воздуха.
Эти движения переходят в интенсивные вихри. Полет в таких
условиях, разумеется, не только неудобен, но и опасен.
Во всяком случае при перелетах пустынь, голых степей и т. п.
как на самолетах, *гак и на дирижаблях приходится выбирать
более ранние часы, а если возможно, то и ночные. В это время
интенсивное ночное лучеиспускание таких участков сильно
понижает температуру нижних слоев воздуха и ведет к
образованию инверсий, т. е. повышению температуры с высотой.
В противоположность слоям с быстрым падением температуры
слои инверсии чрезвычайно ослабляют вертикальное
перемешивание воздуха между слоями выше и ниже их.
Вследствие этого все неправильности воздушных течений у земной
поверхности в обычных условиях передаются более или менее
высоко вверх, тогда как при инверсии они ограничиваются
только слоем ниже ее. В результате полет выше инверсий обычно
гораздо спокойнее, чем под инверсиями, где, особенно при
сильных ветрах, всегда следует рассчитывать на интенсивную «бол*
танку» (летчики называют так неправильные броски самолета).
Сами инверсии иногда оказываются также неудобными для по*
лета аппаратов тяжелее воздуха. Верхние и нижние слои имею*
различные скорости движения, поэтому в слое инверсии воздух
приходит в волнообразное движение, вызывающее броски само*
62

лета. Шар, летящий в таких условиях, идет по волновой линии,
более или менее плавн<#опускаясь и поднимаясь. Для аэростатов
это обстоятельство не составляет особого неудобства. Опытные
воздухоплаватели даже предпочитают полет в инверсиях, потому
что шар в таких слоях летит очень устойчиво на одной и той же
высоте, без особой регулировки полета балластом.
Как нам известно, в обычных условиях температура с высотою
падает. Воздушный шар лишь с большим трудом и искусством
может строго держать постоянную высоту. Газ, наполняющий
оболочку, с увеличением высоты должен, расширяясь,
понижать свою температуру. Однако влияние сравнительно большой
массы оболочки ведет к тому, что изменения температуры газа
оказываются незначительными. Так, при поднятии шара в
атмосфере понижение температуры его газа составит всего 2—3° на
100 м поднятия. При опускании получится нагревание на такую
же величину.-При обычных для атмосферы условиях, когда
падение температуры в ее слоях составляет не менее 4—5° на 1000 м,
сместившийся почему-либо вверх свободный шар оказывается
теплее окружающего воздуха. Расширяясь, он уменьшит свою
плотность и получит некоторое увеличение подъемной силы, пока
его температура не сравняется с окружающей. Наоборот, при
смещении вниз шар оказывается холоднее воздуха и испытывает
потерю подъемной силы (относительно окружающих воздушных
слоев).
Итак, полет шара в обычных условиях чрезвычайно
неустойчив. Достаточно небольшого смещения вверх и вниз, как он
приходит в самостоятельное дальнейшее движение. Чем больше
падает температура с высотой, тем неустойчивее движение
шара. В таких случаях требуется регулировка. Выбрасывается
балласт или выпускается газ. При недостаточной осторож-
ности руководителя шар получает иногда в таких условиях
стремительные движения вверх и вниз, ошибочно приписываемые
вертикальным течениям самого воздуха.
Совершенно иначе обстоит дело, когда шар попадает в слой
инверсии, в котором температура воздушных слоев повышается
с высотой. В этих условиях сместившийся вверх шар перейдет
в более теплый и, следовательно, более легкий воздух. Там он
потеряет часть подъемной силы и возвратится вниз. Наоборот,
смещение вниз приведет шар в более холодный воздух, в котором
ого подъемная сила увеличится (можно считать, что давление
газа внутри шара и внешнего воздуха изменяются
приблизительно одинаково). Вследствие этого в слое инверсии шар летит
совершенно устойчиво, не требуя никакой регулировки.
Наоборот, для самолетов слой инверсии неудобен. В случае
волнообразного движения воздуха в инверсии самолет, не успе-
ная, конечно, следовать медленным колебаниям воздуха вверх
и вниз, будет испытывать удары, вроде тех, которые получает
пхта, несущаяся по гребням мелких морских волн. Для самолета
63

это явление происходит, конечно, гораздо резче. К неудобствам
инверсии для полетов следует отнести и часто встречающиеся
в этом слое скопления пыли, водяных паров и облаков. При
наличии инверсии самолету следует пройти ее, чтобы лететь выше,
в спокойных условиях. При подъеме сквозь инверсию следует
помнить о возможности резкого изменения в ней силы и
направления ветра, всегда производящего неприятный эффект.
Как показал автор, инверсии обладают рядом весьма важных
для полета самолетов свойств. В то время как в нижнем слое
инверсии и под инверсией мы имеем наиболее сильные процессы
конденсации, образования облаков, явления оледенения
самолетов, порывистости ветра, — выше слоя инверсии все эти
явления, как правило, совершенно исчезают. Особенно резко
понижается здесь влажность, содержание пыли и порывистость ветра.
Поэтому при всякой возможности следует рекомендовать для
полета слои над инверсиями и избегать полета под ними.
Обычным следствием инверсии в нижних слоях является
ослабление ветра около земной поверхности. Вверху же
движение воздуха происходит, конечно, нормально и даже несколько
ускоренно, так как прекращается задержка влияния земной
поверхности.
Инверсия сказывается, как показали исследования последнего
времени, и на условиях радиотелеграфной передачи, а именно:
горизонтальное расположение.'инверсии улучшает
радиопередачу; если же инверсия наклонна и разделяет работающие
станции, то передача значительно ухудшается.

Глава V
ОБЛАКА
1. КУЧЕВЫЕ ОБЛАКА
Кучевые облака имеют вид отдельных облачных масс,
плывущих в воздухе и непрерывно изменяющих свои размеры и
очертания. Облака возникают от турбулентного перемешивания
воздушных масс, вызываемого влиянием земной поверхности
на течения воздуха. Главным образом деремешивание воздушных
слоев вызвано неравномерным нагреванием земной поверхности
солнечными лучами. Непосредственным результатом
перемешивания является понижение температуры с высотой и повышение
ее у земной поверхности. Одновременно с усилением
перемешивания усиливается и перенос влажности в верхние слои. В
результате этого процесса мы будем иметь, с одной стороны,
уменьшение относительной влажности у земной поверхности и, с
другой, — увеличение ее в верхнем слое перемешивания.
Таким образом всякий турбулентный процесс, а в особенности
создающийся действием солнечных лучей, ведет к рассеиванию
тумана у земной поверхности и к развитию облачных масс в
верхнем слое перемешивания. Если земная поверхность механически
влияет на воздушные течения и содержание влажности у земли
оказывается достаточно близким к насыщению, то возникающие
на небольшом расстоянии от земли облачные массы будут разви-
» ваться в верхней части всего слоя перемешивания. Тогда они
примут вид сплошного облачного слоя. Если же в развитии
турбулентного процесса доминирующее значение получают
солнечные лучи, то этот процесс развивается уже в гораздо более
мощном слое и теряет характер однородного равномерного
перемешивания, так как действие солнечных лучей связано с
неоднородностью нагревания ими земной поверхности и воздушных
масс.
В таком виде турбулентный процесс получает название процесса
конвективного перемешивания. В этом случае приближение
воздушных масс к насыщению будет совершаться неравномерно по
всему слою, а в начальный момент — лишь в отдельных точках
верхней части слоя перемешивания. Возникающие облачные
5 Атмосфера 6а

массы будут иметь вид тонких нежных светлых облачков, в
которых нередко можно отчетливо видеть вихревые движения.
Условия полета в слое развития этих облачков оказываются
неблагоприятными даже до их видимости с земной поверхности.
При благоприятных условиях развития такое светлое облако
постепенно увеличивается и уплотняется, начиная развиваться,
главным образом, по вертикали.
Как было показано ранее (разд. 2, гл. IV), воздушные массыт
содержащие в достаточной степени водяные пары, поднимаясь,
охлаждаются только на 0.5—0.7° на каждые 100 м.
Если в окружающих слоях величина падения температуры
больше, чем величина охлаждения восходящей массы, эта масса
продолжает подъем, оставаясь теплее тех слоев воздуха, мимо
которых она поднимается. Если же падение температуры с
высотою в воздушных слоях значительно менее охлаждения
поднимающейся массы, то последняя быстро остановится в своем
поднятии. Под нагреванием солнечных лучей водяные пары
конденсируются и снова переходят в газообразное состояние.
В ясные, летние утра, примерно около 8—9 часов, нередко
можно наблюдать, как возникшее небольшое белое облако быстро
тает в солнечных лучах. По мере увеличения вертикального
температурного градиента в слое образования облаков условия их
развития становятся все более и более благоприятными. Таким
образом действие солнечной радиации на образование облака на?
высоте оказывается совершенно противоположным в зависимости
от высоты и величины вертикального градиента температуры.
У земной поверхности и в слоях инверсии солнечные лучи
рассеивают облака (утренний туман, низкие слоистые облака и пр.),
а вверху, при большом градиенте, ведут к мощному развитию
облачных масс по вертикали. В последнем случае клочок
облачной массы, возникший под действием солнечных лучей, начинает,
нагреваясь солнечными лучами, развиваться в вертикальном
направлении. При достаточном запасе газообразной влаги в
окружающем воздухе и при наличии солнечного нагревания это облако
начинает из бесформенного клочка превращаться в облако с
более или менее ясно выраженной куполообразной вершиной, т. е.
в то, что мы называем собственно кучевым облаком (рис. 39).
Как только образование облачной массы кучевого облака
достигло надлежащей степени, процесс приобретает особенности,
обычно связанные с представлением о восходящем потоке. Подъем
насыщенных масс воздуха имеет односторонний характер,
встречая для себя более благоприятные условия, чем те, которые
существуют для нисходящих потоков. Если конденсированная
в облаке масса сосредоточена на ограниченном участке и в то же
время испытывает значительное нагревание со стороны солнечных
лучей, эта масса немедленно после образования получает стимул
для дальнейшего поднятия. Нагретая солнцем сильнее, чем
окружающие массы, она не имеет равновесия и начинает смещаться
66

вверх. Сосредоточенность влаги в небольшом участке уменьшает
сопротивление ее движению и усиливает неравновесие, так как
выделяется скрытая теплота конденсации. Таким образом
кучевое облако является не продуктом восходящего потока, а местом,
где этот поток возникает и развивается.
Рис. 39. Вид кучевого облака. щ
Внешний вид кучевого облака почти всегда имеет четко
выраженные особенности восходящего движения облачных масс. Это
обстоятельство, повидимому, и послужило причиной того, что
так долго существует теория происхождения кучевых облаков
в результате восходящих токов, начинающихся от земной
поверхности. Согласно нашим рассуждениям, правильнее будет
говорить, что кучевые облака, образуясь в результате
турбулентного перемешивания у земной поверхности, дают при
благоприятных к тому условиях начало образованию и развитию
5* 67

восходящего потока. В большинства случаев началом этого
потока служит основание кучевого облака. При мощных кучевых
облаках, переходящих в так называемые кучево-дождевые,
восходящий поток становится настолько интенсивным, что захватывает
в сферу своего влияния и воздушные массы нижних слоев, иногда
вплоть до близких к земной поверхности. Отсюда получаются
известные вихревые движения у земли, когда надвигается гроза.
Опыт планерных полетов вполне подтверждает теорию
возникновения кучевых облаков^ предложенную автором еще в 1918 г.
Оказывается, что при полете в непосредственной близости к
основаниям кучевых облаков планеры могут держаться в воздухе
и совершать длительные (более 100 км) перелеты даже над
равнинными местностями. В связи с тем, что восходящие движения
в кучевых облаках развиваются во всех точках облака, можно
думать, что планер, поднятый самолетом на высоту 4—5 км,
сможет совершать затем
самостоятельно длительный
полет в зоне развития кучевых
облаков на очень
значительные расстояния.
Этот вывод, сделанный
автором в 1931 г.,
подтвердился в 1936 г. полетами
советских планеристов,
совершивших в кучевых облаках
полеты на большие расстояния.
На рис. 40 изображены
стрелками движения внутри
облачных масс, полученные
Шмидтом в Вене. В стереоскопе сравнивались
последовательные снимки одного и того же облака. В некоторых вершинах
облака наблюдаются особенно сильные восходящие движения
его частей (длина стрелок пропорциональна скорости движения).
Другие же вершины (например, вверху, в правой части
рисунка) обнаруживают нисходящие движения воздуха.
Подобная картина смены восходящих движений нисходящими
служит указанием на развитие вихревого состояния внутри
облака и на несомненно неблагоприятные условия для
полета.
Благоприятными условиями для развития кучевого облака
служат, таким образом, достаточно обильные поступления
водяных паров (в порядке турбулентного перемешивания) в область
конденсации их. Также имеет значение достаточный градиент
температуры по вертикали в тех же слоях. Совпадение обоих
условий бывает после периода известной продолжительности
ясных, жарких дней. Тогда земная поверхность оказывается
сильно нагретой сравнительно с верхним слоем (высокая
температура нижних слоев), а в верхних слоях происходит
68
Рис. 40. Схема вертикальных движений
в кучевом облаке (по Шмидту).

о
S
«to
С
s
о
?
-а
н
о
а
s*
к
ее
Ж
W
о
л
о
о
S
S
s
2
П5
W
се
м
со
ев
Ч
о
о
о
1-ч
о
ю
8
й
о
«
о
и
о>
сг
>>
X
W
Н
о
G9

понижение температуры вследствие притока -воздуха из
холодных областей.
Развитие кучевого облака происходит в таких условиях особенно
интенсивно. Высота облачных масс, считая от их основания до
вершины, достигает нескольких тысяч метров. В то время как
основание находится в области положительных температур
(примерно, на высоте 1000—1500 м от поверхности земли), вершина
облака развивается при температуре на 10—20° ниже нуля и
нередко состоит из кристаллических снежинок. Внешний вид такой
вершины облака (рис. 41) совершенно сходен с видом снежной
вершины отдаленной горы. Характерным признаком высшего
Рис. 42. Схема воздушных потоков в кучево-дождевом облаке.
развития кучевого облака, когда оно переходит уже в так
называемое кучево-дождевое облако, является растекание его
вершины (рис. 42).
Каждое кучевое облако, ограниченное в своем горизонтальном
цротяжении, имеет в нижней своей части приток воздушных
масс от окружающего воздуха, а в верхней части — отток из
облачной массы (рис. 42). Приток у основания облака остается
незаметным, так как приносит с собой относительно сухие
воздушные массы; отток же в верхней части облака, уносящий с собой
облачные массы, размывает вершину облака, придавая ей вид
как бы волосатой головы. Растекающиеся таким образом облачные
массы обычно имеют вид волокнистой пелены. Иногда такое
растекание развивается только в одну или две стороны от облачной
массы. При наблюдении сбоку вершина такого облака принимает
вид наковальни. Растекание вершины почти всегда
сопровождается выпадением осадков или даже грозой. Отсюда и название
таких облаков «кучево-дождевые», или сокращенно Gu-Nb,
Развитие кучево-дождевого облака в каком-либо участке
атмосферы уменьшает вертикальный градиент как в самом облаке,
в результате выделения скрытой температуры, так и в соседних
участках.
У©

Площади оснований сильно развитых кучево-дождевых облаков,
как и высоты, достигают больших размеров. Такое облако часто
закрывает собою весь видимый горизонт и в связи со своими
обильными осадками придает погоде характер ненастья.
Продолжительность такой погоды обычно невелика. Прежде
всего, уже в порядке смещения вместе с воздушным течением
облако быстро сменяется промежутком ясного неба. Кроме того,
самый процесс развития кучевого облака сопровождается
явлениями, быстро ликвидирующими вызвавшие его условия.
Громадное количество скрытой теплоты, выделяющееся при
конденсационных процессах, нагревает верхние массы воздуха; в то же
время падающие холодные капли испарением охлаждают воздух
у земной поверхности. В том же направлении, очевидно,
действует и затемнение облаками земной поверхности.
Таким образом оба указанных ранее фактора, вызывающие
развитие кучевых облаков, испытывают значительное
ослабление под действием ими же вызванных эффектов. Вследствие
этого каждый последующий шаг развития кучево-грозового
облака требует значительно большей интенсивности вызывающих
его факторов, чем предшествующий. Поэтому, если в начальной
стадии кучевое облако развивается обычно довольно оживленно,
то в стадии наивысшего развития оно требует колоссальной
энергии и, конечно, может развиваться лишь в особенно
благоприятных случаях. Быстрое нарастание кучевого облака обычно
сопровождается образованием некоторых особых форм облаков,
представляющих собою род легкого белоснежного покрывала.
Они возникают сначала над какой-либо быстро растущей
вершиной облака. В течение нескольких минут новообразованное
облако прорывается вершиной кучевого, заволакивает его тонким
слоем.
Возникновение такого облачка обязано подъему воздуха перед
быстро двигающейся вверх облачной массой в тех слоях, где
влажность близка к насыщению. Обычно такие облачка
наблюдаются на высоте 3—4 км. Появление их служит указанием на
быстрый рост кучевого облака.
Наконец, еще один признак служит хорошим указанием на
опасное развитие облаков. На верхней границе интенсивно
растущих кучево-дождевых облаков наблюдаются особые наросты,
быстро возникающие и быстро исчезающие. Своим быстрым
возникновением и исчезновением они отличаются от других
неровностей очертания облака, указывают на чрезвычайно бурное
состояние в верхних частях облаков и, следовательно, на
возможность грозы или ливня. Чем выше находится вершина, на
которой отмечаются наросты, тем эта вероятность становится
большей. Иногда подобные наросты наблюдаются за несколько
дней до грозы на облаках, находящихся на высоте 4—5 км. Являясь
признаком неустойчивого состояния в этих слоях, они указывают
на то, что при достаточном развитии турбулентного процесса
71

нижних слоев атмосферы, как только вершины кучевых облаков
достигнут высот облаков с наростами, ливень или гроза весьма
вероятны.
Наибольшая повторяемость кучевых облаков приходится на
летние месяцы, наименьшая — на весну и осень. В зимние месяцы
в наших широтах собственно кучевые облака в чистом своем
виде наблюдаются в исключительных случаях. Объясняется это
тем, что при покрытой снегом земной поверхности турбулентный
процесс, ведущий к образованию этих облаков, развивается лишь
в ближайших к земле слоях, в которых (в случае достаточной
для конденсации влажности воздуха) образуются облака
слоистого характера.
Кучевые облака в нормальном их развитии (до 1—2 км
толщины) являются обычными спутниками ясной летней погоды.
Сами по себе они только отчасти сглаживают интенсивность
солнечного нагревания земной поверхности. Слишком раннее
появление кучевых облаков (до 8 час. утра), а также задержка
их на небе после 6 час. вечера служат указанием на склонность
в этот или последующие дни к развитию грозовых облаков.
Произведенные по наблюдениям Аэрологической обсерватории
подсчеты показывают, что при отсутствии каких бы то ни было
облаков в 7 час. утра вероятность ясной погоды днем составляет
около 70%, а при наличии кучевых облаков в 7 час. эта
вероятность падает до 12%.
Иногда в условиях устойчивой, спокойной погоды кучевые
облака принимают вид плоских облачных масс при очень слабом
развитии верхней части их в куполообразную форму. Они поздно
появляются в утренние часы, к вечеру быстро тают и реже
соединяются в поля сравнительно тонких облаков. Почти всегда
над тонкими облаками наблюдается слой или инверсии, или
пониженной влажности. Наличие этого слоя и является причиной
слабого развития вершины кучевых облаков.
С точки зрения полета кучевые облака являются неудобными.
Чем сильнее их развитие, тем интенсивнее происходит в них
поднятие воздуха и, следовательно, тем опаснее может быть
действие такого облака на попавший туда летательный аппарат.
Слой, в котором появляются и развиваются облака, крайне
неприятно отражается на полете самых быстроходных аппаратов.
Ниже, а еще лучше—выше облаков условия делаются значительно
спокойнее. Если над кучевыми облаками имеется слой инверсии
или изотермии, то лучшая высота для полета будет над этими
слоями. Только планеры при соответствующем маневрировании
могут использовать кучевые облака для длительного полета.
Полет в слое образования кучево-дождевого облака, а тем более
в самом облаке, несомненно, следует признать крайне опасным,
в особенности при температурах, близких к 0°. Здесь может
произойти сильное оледенение самолета.
72

2. СЛОИСТЫЕ ОБЛАКА
К облакам, возникающим под влиянием процессов,
происходящих на земной поверхности и в нижних слоях атмосферы,
относятся также слоистые облака.
В противоположность кучевым облакам, развивающимся в
высоту, слоистые отличаются большими размерами площади и
сравнительно небольшой толщиной. Занимая слой по толщине всего
в несколько сотен метров, они тянутся в виде равномерной
серовато-темной массы на большом протяжении, обычно далеко
превосходящем видимый горизонт. Отсутствие непосредственного
солнечного освещения при слоиетых облаках, закрывающих
все небо, делает день пасмурным и сумрачным. Но достаточно
наблюдателю на самолете или воздушном шаре пройти облачный
слой, имеющий вид густого, довольно равномерного тумана,
как его ослепляют яркие лучи солнца, усиленные отражением
их от блестящей поверхности облаков. Только иногда, в
продолжительную ненастную погоду, слоистые облака
располагаются последовательными ярусами друг над другом, отделяясь
свободными промежутками.
Слоистые облака образуются при значительном содержании
влаги у земной поверхности и наличии достаточно сильного
турбулентного процесса, переносящего влагу в слой, где
начинается конденсация пара. Несомненно благоприятным фактором
для образования слоистых облаков служит инверсия. Она
задерживает перенос влаги в более верхние слои и, следовательно,
вызывает накопление ее у своего нижнего края.
Иногда, вследствие притока теплого влажного воздуха с
водных пространств или испарения с самой поверхности
охлажденной земли, происходит образование тумана. С восходом солнца
и повышением температуры он несколько расходится в нижнем
слое. -Оставшиеся частицы тумана, перенесенные турбулентным
процессом в более высокие слои, будут иметь для наблюдателя
с земной поверхности вид слоистого облака. Последнее и носит
в таком случае название приподнятого тумана,
не отличаясь, конечно, ничем, кроме высоты, от обыкновенных
слоистых.
Образованию слоистого облака благоприятствуют также все
процессы охлаждения земной поверхности как путем излучения
запасов ее тепла, так и путем притока холодных масс воздуха.
Очень часто при достаточном содержании влаги в воздухе быстро
развивающееся после захода солнца понижение температуры
заканчивается образованием легкого слоистого покрова. Этот
покров предохраняет землю от дальнейшего охлаждения.
Иногда, в сильные морозы, в воздухе замечается легкая дымка
тумана; он не может развиться в слоистое облако из-за
чрезвычайной сухости воздуха при этих условиях. Но достаточно
перемениться направлению ветра и начаться притоку более влажных
73

масс воздуха, как небо затягивается густой пеленой слоистого
облака.
Образование слоистых облаков может происходить в результате
прохождения теплых масс воздуха над холодными или
охладившимися на холодной поверхности массами. В таком случае водяные
пары поступают не снизу вверх, а обратно, из теплых верхних
воздушных масс в холодные нижние. Этот поток вызывается
повышением влажности воздуха при переходе в верхние теплые
-массы.
Процесс перемешивания может проходить сквозь слой,
разделяющий верхние теплые и нижние холодные массы (слой
инверсии), только замедленно. Поэтому возникающие в результате такого
процесса облачные массы имеют сравнительно малую мощность,
занимая слои в 200—400 м непосредственно под слоем инверсии
и в нижней ее части.
В зависимости от мощности наступающих теплых масс и
богатства их водяными парами слои образующихся таким образом
облаков могут перейти из просто слоистых облаков в дождевые,
т. е. выделять осадки большей или меньшей интенсивности.
Однако всегда как этот слой облаков, так и выпадающие из него
осадки распространяются на большие поверхности и имеют
однообразный ровный характер. Такие облака и осадки носят
название «о б л о ж н ы х».
Для авиации подобные облака имеют чрезвычайно большое
значение, так как, распространяясь на большие площади и
находясь на незначительной высоте, они заставляют летчика долгое
время лететь близко к земной поверхности. Над возвышенными
¦местами эти облака не только не приподнимаются, но даже
опускаются, так как воздушные массы, вынужденные подниматься
вдоль склонов, адиабатически понижают свою температуру.
На подветренной стороне возвышенности облака начинают
ослабевать и даже образовывать просветы. Просветы
используют для восстановления ориентировки и для других
аэронавигационных операций.
При знакомстве с условиями образования слоистых облаков
делается понятным, почему они встречаются, главным образом,
в холодное время года и суток.
Высота слоистых облаков колеблется от 50 до 1000 м (вернее,
можно было бы сказать от нуля до 1000 м). Как и для кучевых
облаков, эта высота уменьшается в зимние месяцы и при влажных
ветрах. Однако очень низкие слоистые облака обычно занимают
небольшие пространства, удерживаясь лишь у сырых
поверхностей.
Слоистые облака сами по себе никакой опасности для полета
не представляют, потому что они не связаны, как слои кучевых
облаков, с какими-либо неправильностями движения воздуха.
Только при подъеме сквозь слой инверсии у верхней границы
облака следует считаться с возможностью скачка ветра, обычно
74

в смысле увеличения его силы и поворота направления вправо
на несколько градусов.
Признаком спокойного состояния воздуха в облачных массах
и отсутствия над ними значительного скачка ветра может
служить равномерность облачного слоя. Всякие неровности в #виде
валов, рваных отдельных облачков и т. п. указывают на действие
какого-либо возмущающего фактора и более или менее бурное
состояние облачного слоя. Облака такого рода носят название
слоисто-кучевых; о них будет сказано несколько ниже.
Верхняя поверхность облака в противоположность нижней
никогда не бывает ровной. Внешний вид ее напоминает волны,
застывшие в своих неправильных очертаниях. Медленно и
постепенно она изменяет их. Иногда на верхней границе слоистого
облака отмечаются следы конфигурации находящейся под ними
земной поверхности. Особенно часто это бывает с руслами рек,
дающими свой отпечаток с поразительными деталями в изгибах
и разветвлениях, особенно если ветер слаб и облако не слишком
большой толщины. С наветренной стороны возвышенности
происходит уплотнение и даже образование облака, с подветренной —
разрежение. Последнее (вызываемое часто и другими причинами)
дает иногда некоторое пространство, свободное от облаков (так
называемое окно). Воздухоплаватель, попадающий в такое окно,
испытывает сильное снижение, вследствие опускания токов
воздуха в этом месте.
Низкие слоистые облака ставят иногда серьезные препятствия
полету. В них трудно пилотировать и ориентироваться, трудно
пробивать их для выхода к месту посадки.
Иногда ровная поверхность слоистого облака покрывается
отдельными волнообразными неровностями. С земной
поверхности они представляются наблюдателю в виде гребней, идущих
перпендикулярно к лучу зрения. Такое впечатление создается
вследствие перспективного выделения неровностей и уплотнений
облака, возникших под тем или иным возмущающим влиянием.
В переходное время года, весной и осенью, нередко можно
наблюдать, что неровности слоистого облака усиливаются. В
одних местах облако сильнее темнеет, в других светлеет и даже
совершенно расходится. Такие облака называются слоисто-
кучевыми. Эта форма облаков является переходной от слоистых
к кучевым (точно так же, как и от кучевых к слоистым), откуда
она и получила свое название.
Соответственно внешнему своему виду (рис. 43) слоисто-кучевые
облака иногда бывают далеко не такими спокойными, как
слоистые. В особенности опасность полета в них возрастает при
сильных ветрах, когда облака оказываются расположенными под
слоем максимальной скорости ветра. Выше и ниже этого слоя
скорость убывает.
Быстро несущийся в этом слое воздух втягивает в себя воздух
сверху и снизу. Струи сталкиваются и делают слой встречи осо-
75

бенно бурным. Нагревание в опускающихся струях и охлаждение
в поднимающихся, в области раздела тех и других, образует
инверсию. Это так называемая динамическая инверсия. Облачный же
х
а
г;
vo
О
о
о
К!
с
ег
>і
X
6
с
к
с
Е;
С
со
с
К
слой возникает благодаря восходящим (конечно, по весьма
наклонному пути) струям и служит зоной неправильных и
неожиданных порывов ветра. Аппараты, например воздушные змеи,
попадающие в такой слой, испытывают чрезвычайно опасные

сотрясения. Нередко эти сотрясения кончаются катастрофами.
Высота слоисто-кучевых облаков колеблется от 1 до 2—2.5 км.
Чем выше слой, в котором они образуются, тем тоньше и светлее
их вид, так как с высотою уменьшается и содержание в воздухе
водяных паров.
3. ОБЛАКА СРЕДНЕГО И ВЫСОКОГО ЯРУСОВ
Облака типа слоисто-кучевых вдалеке от земной поверхности
принимают менее грубый вид, получая название высоко-кучевых.
Они состоят из
отдельных слабо
уплотненных в центре
масс. Их светлые
окраины соприкасаются
между собой. Эти
облака редко занимают
весь видимый
небосклон, появляясь как
при хорошей, так и
при ухудшающейся
погоде.
Иногда уплотнения
облачков
располагаются рядами,
образуя вид волновых
гребней, разделенных
более светлыми
ложбинками (рис. 44).
Такие волнообразные
облака соответствуют
и по своему
возникновению
действительным волнам в
области раздела двух
воздушных слоев,
различных по плотности
и скорости движения
(разделение слоем
инверсии).
Процесс возникно- Рис. 44. Вид высококучевых волнистых облаков.
вения таких волн со- Фото *«™>Р"-
вершенно аналогичен
процессу возникновения морских волн. Воздушные волны имеют
только гораздо большие размеры и более медленные колебания.
Уплотненные массы облака соответствуют гребню волны и
образуются при достаточной влажности колеблющегося слоя
вследствие охлаждения воздуха при подъеме. Просветы соответствуют
11

ложбинам волн; в них воздух при опускании удаляется от
состояния насыщения. Условия образования воздушных волн были
теоретически разработаны Гельмгольцем. Высота высоко-кучевых
облаков колеблется от 2 до 6 км.
В этих же слоях наблюдаются и сплошные облачные массы,
носящие название высоко-слоистых. Отличием их от обычной
(на-глаз) структуры слоистых облаков служит просвечивание
сквозь них солнца, хотя и без обрисовывания диска.
В тех случаях, когда пелена высоко-слоистых облаков
затягивает все небо и эти облака нигде не обнаруживают склонности
Рис. 45. Верхняя поверхность слоистых облаков в Арктике. Снимок
автора с дирижабля.
к переходу в высоко-кучевые (А-Си), погоду нельзя считать зтстой-
чивой. Обычно они уже сами несколько омрачают день. Теплые
ночи летом и общее потепление в зимнее время сопровождают
такие облака и служат указанием на приближающееся ухудшение
погоды.
Для полета и высоко-кучевые и высоко-слоистые облака
могут иметь значение только при развитии в них обледенения.
Чем выше от поверхности Земли находится слой с только что
описанными облачными формами, тем нежней и тоньше
становится их структура. На высоте 8 км в области температуры
в —20, —30° такие облачка состоят по преимуществу из ледяных
кристалликов и обнаруживают склонность к переходу в так
называемые перистые форм ы. Соответственно этому они
получают название перист о-к учевых и перисто-
78

•О
Рис. 46. Вид перисто-кучевых облаков. Фото автора,

so

слоистых. От высоко-кучевых и высоко-слоистых они
отличаются своим нежным строением и отсутствием затемнения солнца.
Перисто-кучевые облака имеют вид рассыпанного бисера, мелких
волн или валиков. Они редко занимают большие-площади и
отличаются чрезвычайной изменчивостью, то увеличиваясь, то
уменьшаясь в размерах отдельных шариков (рис. 46). Перисто-кучевые
облака, как и высоко-кучевые, располагаются в виде волн, иногда
пересеченных другой системой волн.
Перисто-слоистые облака представляют собой нежную,
совершенно прозрачную пелену. Присутствуя на небе на небольших
площадях, они не имеют особенного значения как признак
изменения погоды. В тех же случаях, когда они занимают все небо,
придавая ему белесоватый вид, изменения погоды обычно
совершаются в направлении ухудшения. Перисто-слоистые облака
сменяются более тонкими высоко-слоистыми, последние —
слоистыми и дождевыми. Особенно резко эта картина проявляется,
когда перисто-слоистые появляются в виде полос, в перспективе
сходящихся в противоположных частях горизонта.
Если содержание кристаллов в перисто-слоистых и перисто-
кучевых облаках увеличивается, они переходят в чисто перистую
форму (рис. 47). Последняя в своих чрезвычайно разнообразных
видах поразительно напоминает те кристаллические узоры,
которые разукрашивают стекла окон в зимнее • время. Случаи
перехода перисто-кучевых и перисто-слоистых в перистые
нередки, что, повидимому, связано с понижением температуры»
соответствующих слоев.
6 Атмосфера

Глава VI
ВЕТЕР
1. ПРОИСХОЖДЕНИЕ. ВОЗДУШНЫХ ТЕЧЕНИЙ
Непосредственной причиной возникновения воздушных
течений служит неравномерное распределение давления по
горизонтальной поверхности, где это течение развивается.
Распределение давления, в свою очередь, зависит от
распределения температур воздуха в различных точках атмосферы.
Как мы видели-выше, земная поверхность в различных своих
точках получает от солнечных лучей неодинаковые количества
тепла, а именно: широты, близкие к экватору, получают
наибольшие количества; широты, близкие к полюсам, —наименьшие.
В результате этого температура на различных широтах
оказывается неодинаковой.
В области более высоких температур давление с высотой
убывает медленнее, так как здесь воздух имеет меньшую плотность,
чем в областях низких температур.
В результате этого на некотором уровне, положим, 5000 щ
давление над нагретыми участками земной атмосферы окажется
больше, чем над холодными. Это обстоятельство, в свою
очередь, вызовет приток воздушных масс на этом уровне от более
теплых участков к более холодным. С другой стороны, отток
воздуха на верхнем уровне от районов повышенных температур
вызовет в них понижение давления у земной поверхности.
Следовательно, внизу приток воздуха пойдет от более холодных
районов.
Таким образом создавшееся почему-либо неравенство в
распределении температур немедленно вызывает двойную
циркуляцию: вверху от теплых участков к холодным, а внизу,
наоборот, от более холодных к более теплым.
Мы ранее видели, что процесс турбулентного перемешивания
при солнечном нагревании уносит излишнее тепло от нижних
слоев воздуха в верхние. Теперь мы видим, что вследствие
горизонтальной циркуляции повышенные температуры
выравниваются у земной поверхности посредством притока воздуха из
более холодных районов.
82

Рис. 48. Схема развития потоков между
нагретым и охлажденным участками.
• На рис. 48 приведена общая схема описанной циркуляции
между теплыми и холодными участками:, на верхнем рисунье
дано возникновение такой циркуляции; на нижнем —
окончательная циркуляция. Линии
на рисунке дают ход
поверхностей одинакового давления.
Хорошей иллюстрацией к
данной схеме могут служить*
воздушные течения в
береговых районах. В дневные часы
суша нагревается
солнечными лучами обычно
значительно сильнее, чем водная
поверхность. 'Поэтому,
согласно схеме рис. 48, в
области раздела развиваются
воздушные течения у
земной поверхности. От
холодной поверхности моря они
идут к берегу, а в,верхних
слоях, на высоте 500—1000 мт
от суши к морю. Такой бриз особенно резко проявляется при
штилево^ погоде, когда движение воздуха определяется только
соотношениями температуры воздуха между сушей и берегом.
На рис. 49
приведена форма, которую
при развитии бриза
в штилевую погоду
принимает дым из
трубы.
Приток свежего
воздуха от моря в
дневные часы
значительно облегчает
жару, которая могла бы Рис. 49. Форма, принимаемая дымом при раз-
развиваться на бере- витии бриза.
гах южных морей
при отсутствии бриза. В некоторых случаях, когда этот приток
отсутствует, климатические условия района становятся
чрезвычайно трудными, в особенности для больных. Развитие бриза
замедляется в том случае, если береговой район покрыт
растительностью, болотами, мало нагревающимися солнечными лучами.
Возможно, что удаление растительности с береговых
возвышенностей могло бы улучшить условия развития бриза в этих
участках и тем значительно улучшить климатические условия.
Неравномерное распределение температуры на земной
поверхности связано с неодинаковой радиацией на различных
широтах. Отсюда возникает неравномерное распределение давления
б* 8а

и воздушные течения. Основная причина этих воздушных
течений действует непрерывно, следовательно, и сами воздушные
течения должны в большей или меньшей степени существовать
в атмосфере в качестве непрерывного постоянного явления.
Для изучения законов этих течений необходимо обратиться
к картам с распределением давления на каком-либо уровне.
Обычно такие карты составляются для уровня моря. Для этого
результаты определения величин давления в различных пунктах
приводят к уровню моря и наносят на соответствующую
географическую карту. Карты, показывающие распределение значений
Рис. 50. Синоптическая карта с различными барическими образованиями.
какого-либо метеорологического элемента в один и тот же момент
на горизонтальной поверхности, называются
синоптическими. Обычно на таких картах наносят теми или иными
знаками состояние не только одного элемента, но и, по возмож-
нсст і, всех, имеющих значение в современной метеорологии.
На рис. 50 приведена синоптическая карта, показывающая
распределение метеорологических элементов у земной
поверхности в один и тот же момент на различных станциях Европы
и Сибири. Каждая из станций, сообщившая результаты своих
наблюдений, нанесена кружком в соответствующих точках карты.
Если облачность во время наблюдений была равна нулю, кружок
остается незаштрихованным; при покрытии облачностью четверти
неба заштриховывается четверть соответствующего кружка, при
облачности, закрывающей половину неба, — половина кружка

и тгри покрытии облаками 3/4 неба заштриховывается 3/4 кружка.
При полной облачности заштриховывается весь кружок. Таким
образом черные кружки указывают на большую облачность, не-
аачерненные — на ясную погоду. Около каждого кружка
наносится стрелка, указывающая направление ветра. Оперение
у стрелки указывает, куда дует ветер. Число черточек в оперении
указывает скорость ветра в баллах шкалы Бофорта. Числа около
кружков указывают температуру воздуха в момент наблюдений.
Если во время наблюдений шел дождь, то около кружка ставятся
две точки .., если шел снег, то ставится звездочка *, при
тумане — знак =, при сухом тумане — знак оо и, наконец, при
грозе во время наблюдения — знак |<Г.
После нанесения всех обозначений на карте проводят линии
равных давлений (изобары). Обычно эти линии проводятся через
каждые 5 мм или миллибар.
Таким образом, по расположению изобар около какого-либо
пункта можно, примерно, определить величину давления в нем,
"интерполируя значения ближайших изобар соответственно
расстоянию пункта от каждой из них. Значения давления на карте
приведены к уровню моря.
Рассмотрев расположение изобар, не трудно выделить
следующие особенности: весь северо-восток карты покрыт областью
пониженного давления с минимальным давлением в центре^
равным 745 мм. В правом верхнем углу находится центр
области низкого давления. Такие области называются
циклонами. На юг от циклона расположена мешкообразная
область пониженного давления. Характерным для этой
области, в отличие от циклона, является U-обравное расположение
изобар.
Юго-запад карты занят областью повышенного давлеяяя?
с давлением в центре, равным 765 мм. Такая же »обла#ть
повышенного давления находится на юго-востоке. Эхи области
называются антициклонами.
Средняя часть левой половины карты занята областью,
образовавшейся в промежутке между двумя циклонами, с одной
стороны, и между двумя антициклонами, с другой стороны. Такая
область называется седловиной.
В правой части карты лежит область повышенного
давления в виде ответвления основного антициклона на юго-западе
СССР. Эта область называется отрогом повышенного
давления. Обычно такие области располагаются между двумя
областями пониженного давления, как это имело место и в данном
случае.
Восточнее этого отрога находится небольшой циклон,
расположенный в области другого основного циклопа на северо-
востоке. Такой циклон называется частным циклоном.
Условия погоды, связанные с перечисленными областями
будут подробнее рассмотрены немного дальше.
85

Сейчас обратим внимание на то, что линии изобар в
различных местах карты проходят на неодинаковом расстоянии друг от
друга. Это соответствует тому, что изменение давления в
различных районах приходится на неодинаковое расстояние. Для
характеристики картины распределения давления на каком-либо уровне
должна служить, таким образом, величина изменения давления.
Она рассчитывается на определенное расстояние. Для этой цели
служит понятие о гр а.диенте давления (по
горизонтали).
Горизонтальным градиентом давления в какой-либо точке
называется величина изменения давления на единицу
расстояния. Расстояние откладывается от данной точки в направлении
наибольшего падения давления. За единицу расстояния в этом
случае берут обычно длину
одного градуса земного меридиана
(111 км)"
Пусть нам требуется определить
величину такого градиента,
положим, для точки а (рис. 51). Рас-
*'
«&
s;
Рис. 51
душного
Схема отклонения воз-
потока от градиента
вследствие вращения Земли.
\? сматривая различные направле-
¦ ния от этой точки в сторону
& ' падения давления, мы видим, что
наиболее быстрое падение
давления происходит по линии аЪ,
перпендикулярной к направлению
двух соседних изобар. В этом
направлении расстояние между изобарами будет кратчайшим.
Для получения численного значения величины горизонтального
градиента давления мы должны разность давления между
изобарами разделить на расстояние между ними по линии аЪ,
выраженное в градусах меридиана.' Сравнивая это расстояние с
величиной длины радиуса меридиана на соответствующей параллели
у края карты, мы находим его, допустим, равным 2. В таком
случае численное значение градиента давления в точке а будет
равно:
5/2 = 2.5мм/1° М (М —меридиан).
Направление градиента определяется направлением отрезка аЪ,
причем градиент направлен от точки а к точке Ъ в сторону меньших
давлений.
Оставим в стороне вопрос о зависимости между численным
значением градиента и скоростью вызываемого им движения
воздуха. Прежде всего рассмотрим соотношение между
направлениями градиента и соответствующего ему ветра. Не трудно видеть,
что при отсутствии других обстоятельств, осложняющих это
соотношение, движение воздуха должно было бы совершаться
вдоль направления градиента так, как происходит сток воды
86

с возвышенного места. Однако, как показывают стрелки в
различных точках карты изобар на рис. 50, в действительности
* направление ветра отклонено от градиента вправо.
Выясним в общих чертах причины этого явления. Рассмотрим
движение частички воздуха под действием градиента давления Г,
в области -М, изображенной на рис. 51. Допустим, для упрощения
рассуждений, что движение воздуха, вызываемое действием
градиента Г7 не зависит, кроме того, ни от каких других сил,
в частности, и от силы трения о земную поверхность. Легко
видеть, что направление движения воздуха от точки а должно
•в начальный момент совпадать с направлением градиента Г.
Так как никакие другие силы на рассматриваемую массу
воздуха, по нашему допущению, не действуют, то направление
движения воздуха должно, очевидно, сохраняться без
изменения.
Так как, с другой стороны, Земля вращается в суточном
движении с запада на восток, то, по прошествии известного времени,
область М займет положение области М1? т. е. окажется
повернутой влево относительно начального положения, вместе с
меридианами SXN и S^N. Вмеоте с областью М изменит, очевидно,
свое направление и градиент давления Г, также повернувшись
влево. Движение воздуха, стремясь удержать первоначальное
направление, должно быть параллельным линии
первоначального градиента Г, т. е. линии аЪ. Для направления ветра в новом
положении изобарической области Мх мы получаем направление
линии а^Ьх. Если мы будем измерять направление ветра не
относительно абсолютного направления линии аЬ, а относительно,
например, меридиана SxNj то заметим, что вследствие
вращения его влево, угол между скоростью ветра и меридианом
увеличится.
Отклонение направления воздушного движения от градиента
может достичь только, некоторой предельной величины, а именно
90°. Дальнейшее отклонение будет связано с продвижением
воздуха из области с низким давлением в область с более высоким
давлением. Тогда отклонение направления будет уничтожаться
действием градиента давления.
Приведенные выше рассуждения одинаково применимы для
всех точек изобарической области.
Выведем правило: движение воздуха в атмосфере, если на него
не действуют силы трения о земную поверхность, происходит не
вдоль градиента давления, а перпендикулярно к нему, вдоль
линии изобары. Наименьшее давление остается влево от
направления движения. Если бы мы рассматривали то же самое явление
в условиях южного полушария Земли, то вследствие того, что
там вращение меридианов происходит вправо, отклонение
направления ветра происходило бы влево. Таким образом в южном
полушарии движение воздуха должно происходить по изобаре,
имея пониженное давление вправо.
67

Рассмотренная сейчас картина полностью относится только
к свободной атмосфере,, где действие сил трения воздуха о
земную поверхность можно считать равным нулю. У земной
поверхности эта картина осложняется. Воздушные массы,
увлекаемые трением о земную поверхность, будут отчасти так
же, как и вся барометрическая область, вращаться вместе
с меридианами. Вследствие этого полное отклонение движения
воздуха у земной поверхности не достигает 90°. В зависимости
от величины сил трения оно составляет от 0 до 60—70°. Над сушей
это отклонение уменьшается, над водными пространствами
приближается к 70—80°. Высота, на которой отклонение ветра от
градиента достигает 90°, составляет, примерно, 800—900 м.
Иллюстрацией к описанному явлению отклонения направления
ветра от градиента может служить известный опыт Фуко. Этот
опыт состоит в следующем: определяют плоскость качания
маятника, подвешенного на достаточно длинной нити. Так же как
и движение воздушных масс, плоскость качания маятника
стремится сохранить свое первоначальное направление. Поэтому
угол этой плоскости с каким-либо направлением на земной
поверхности будет (в северном полушарии) постепенно
увеличиваться вправо (линии на земной поверхности вращаются влево).
Отличаютоя явления в опыте Фуко от явлений отклонения
скорости ветра от градиента тем, что плоскость качания маятника
может отклоняться на любой угол от первоначального
положения. Направление же ветра, как мы видели выше, может
отклониться от направления градиента на том уровне, в котором
происходит движение воздуха, самое большее на 90°.
2 ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ
Антициклоны и циклоны разделяются на две основных части—
теплую и холодную. В циклонб теплый поток находится в
передней части, в антициклоне — в тыловой. Область раздела между
теплым и холодным потоком носит название фронта. В
зависимости от того,- теплый ли или холодный воздух наступает,
эти фронты получают названия теплого и холодного.
В главе «Облака» мы видели, что наступление теплого фронта
связано с определенными процессами в свободной атмосфере. Эти
процессы сопровождаются развитием различных облаков и
выпадением затяжных равномерных осадков. Наступление
холодного фронта сопровождается облаками кучево-дождевого типа
и осадками ливневого характера, выпадающими только местами
и с перерывами. Физическое состояние воздушных масс,
находящихся в теплом и холодном потоках, такж.е существенно
различается. Холодные массы, идущие в теплые районы, постепенно
нагреваясь, удаляются от насыщения.
В полярном районе воздушные массы имеют низкую
температуру, высокую относительную влажность, иногда даже со-
88

провождаются туманом, осадками и пр. По мере перехода
в теплые районы эти массы становятся все суше и суше.
Допустим, что в начальный,момент такая' масса имела температуру
0° и была насыщена (содержание влаги в этой массе составляла
4.9 г.на 1 м3 воздуха).
По мере продвижения массы воздуха на юг температура ее
в нижних слоях доходит постепенно до 12—15°. Если в течение
этого пути водяные пары совершенно туда н? поступали, то
при новой температуре относительная влажность воздуха
упадет до 50—40%. Это соответствует чрезвычайно сухой погоде.
Однако условия^меняются в зависимости от того, какой путь
проходила перед этим воздушная масса. Если масса проходила
через теплые водные пространства, то вместе с нагреванием она,,
очевидно, получит и достаточное содержание водяных паров.
Теплые массы воздуха, пришедшие из районов ясной, сухой
погоды, вследствие постепенного охлаждения становятся
влажными. В конце концов, они начинают выделять осадки в том
или ином виде. Если, например, в зимнее или осеннее время
в широты Ленинграда придут воздушные массы с юга Европыг
где стоит ясная, сухая погода, то (по самому несложному расчету)
при понижении температуры на 10—12° они придут в состояние
насыщения и дадут влажную пасмурную погоду.
Картина значительно меняется, если воздушные массы перед
этим проходили через сухие пространства и отдали значительное
количество влаги; меняется она и тогда, если они переходили
через возвышенности и вследствие конденсации водяных паров
при поднятии потеряли значительную часть запаса влаги. В этих
случаях переходы воздуха могут сопровождаться менее влажной,
а иногда даже и сухой погодой.
Итак, для суждения о том, какую погоду несет каждая
воздушная масса в отдельности, необходимо тщательно изучить
историю ее предшествующего пути. В зависимости от
происхождения и проделанного пути изменяются также и атмосферные
про'цессы на линиях раздела между наступающими массами
и теми, которые занимали ранее данный район.
Выше мы видели особенности теплого и холодного фронтов.
В отдельных случаях эти особенности значительно
видоизменяются в зависимости от свойств данных масс. Вместе с
перемещением таких фронтов перемещаются и сопровождающие их
атмосферные процессы и, следовательно, условия погоды.
Проследив, таким образом, перемещение линии фронта^ можно
дать, прогноз тех или иных изменений погоды по линии
перемещения. Чем больше разница физического состояния между
двумя смежными массами, тем резче сказываются на условиях
погоды атмосферные процессы, происходящие вдоль линий
раздела.
Как правило, перелет через линию такого фронта следует
считать если не опасным, то, во всяком случае, затруднительным.
89.

В некоторых случаях линия раздела между теплыми и
холодными массами (когда перемешивается воздух в нижних слоях
атмосферы) не выделяется в распределении температуры у земной
поверхности. Однако, если все же те или иные явления погоды
указывают на наличие фронта, следует предполагать, что раздел
воздушных масіс имеет место в вышележащих слоях. Такой фронт
называется окклюдированным, т. е. отделенным от земли.
Аэрологические условия теплых и холодных волн также резко
различаются между собой. Холодные воздушные массы
проникают в более южные, теплые районы и нагреваются в нижних
своих слоях под действием земной поверхности. Постепенно они
повышают величину своего вертикального градиента
температуры. В летнее время это повышение усиливается, так как
происходит интенсивное нагревание земной поверхности, а сухость
и прозрачность холодных масс благоприятствуют значительной
инсоляции.
В результате таких процессов в массах холодного воздуха
будут осуществляться условия, благоприятные для развития
облаков вертикального строения (Си и Gu-Nb). В зимнее время
в холодных воздушных массах, в нижних слоях, часто
развивается мощная инверсия; при благоприятных условиях для
радиационных процессов в холодных массах в зимнее время
преобладающее значение получают процессы излучения и связанные
с этим потери тепла.
Иная картина получится для наступающих теплых воздушных
масс. Происходящее по мере проникновения их в северные
холодные районы охлаждение самих воздушных масс, а также
нижних слоев уменьшает в результате вертикальный градиент
и развитие инверсионных слоев. Постепенное охлаждение этих
масс будет благоприятствовать ддзвитию облаков в нижних
слоях инверсий. Эти слои, как было указано ранее, имеют
максимум относительной влажности, связанный с минимумом
температуры. Таким образом, облака теплых воздушных масс будут
развиваться по поверхности, имея слоистую структуру. К этим
облакам относятся все те, которые не принадлежат к облакам
вертикального развития.
Осадки, развивающиеся в холодных и теплых массах,
отличаются между собой теми же признаками, что и облака. Холодные
массы сопровождаются осадками ливлевого или даже грозового
характера; осадки теплых воздушных масс имеют небольшую
интенсивность и развиваются по большой поверхности (обложные
осадки). Наличие ряда таких признаков, резко разделяющих
-структуру холодных и теплых воздушных масс, позволило
В. Бьеркнесу, Т. Бержерону и другим норвежским метеорологам
развить теорию так называемого «косвенного аэрологического
анализа» погоды.
Основными признаками аэрологического строения служат
особенности развития облаков, осадков, распределения ветра и пр.
«90

Эта теория подробно развивается в ряде курсов по
синоптической метеорологии. Необходимым условием успешности ее
применения является детальное изучение пути, совершаемого
воздушными массами. Особенности пути сообщают-массам ряд
важнейших свойств. Эти свойства определяют развитие в них явлений
погоди, а также тех атмосферных процессов, которые
развиваются в результате взаимодействия воздушных масс различного
происхождения. Чтобы вскрыть возможно детальнее особенности
развития диалектического процесса в атмосфере, необходимо,
очевидно, получить материалы, характеризующие перемещение
воздушных масс относительно друг друга.
3. УЧЕНИЕ О МАССАХ И ФРОНТАХ
Современное учение о воздушных массах и фронтах имеет для
них определенную классификацию. Воздушные массы разделяются
по своим- признакам на: 1) арктические, 2)
полярные, 3) тропические и 4) экваториальные.
1. Под арктическими массами понимается воздух,
пришедший из крайних высоких широт и имеющий низкую
температуру, малое содержание влажности и малую запыленность.
Как следствие этих явлений он чрезвычайно прозрачен. В
начальной стадии в арктических массах значение вертикального
температурного градиента мало, и, следовательно; в этой стадии
арктические массы устойчивы. Однако по мере проникновения на юг
происходит нагревание их нижних слоев, что и делает эти слои
неустойчивыми.
В зависимости от пути, проделанного арктической массой,
различают в ней континентальные массы, идущие восточным,
сравнительйо сухим путем, через Баренцово или Карское моря,
и мррские арктические, поступившие из Арктики через западные
теплые моря, пересекши Гольфштрем.
2. Полярным воздухом называют воздушные массы,
пришедшие из умеренных широт. Иногда полярный воздух*
формируется из арктических масс, застоявшихся в 'этих широтах.
Различают морской полярный воздух, прошедший через теплые
западные моря, и континентальный — пришедший с континента.
Морской чаще всего поступает в наши широты в тылу циклонов.
Прогреваясь в нижних слоях по мере продвижения на юг, этот
воздух благоприятствует развитию грозовых явлений, ливней,
шквалов. Континентальный полярный воздух, длительно
располагаясь над данным районом в зимнее время, развивает
чрезвычайно низкие температуры (потеря тепла земной поверхностью
усиливается процессом излучения).
3. Тропическим называется воздух, пришедший из
южных районов, ближайших к средним широтам.
Морской тропический воздух формируется в южных районах
Атлантического океана, над Азорскими островами и пр. Он отли-
91

чается малыми градиентами температуры по вертикали, высокими
температурами и большой влажностью и запыленностью. Приток
морского тропического воздуха определяет теплую погоду с
обложными осадками. Континентальный тропический воздух
приходит из сухих районов Африки, Малой Азии, Средней Азии,
Казахстана. Он отличается также высокими температурами і*чрез-
вычайной запыленностью при сравнительной сухости.
4. Экваториальным воздухом называются воздушные
массы, проникшие (обычно только в верхних слоях) в умеренные
широты от экватора.
Фронтальные линии между массами также имеют свою
классификацию. Так, фронт между основными воздушными массами
(между полярными и тропическими, полярными и арктическими)
называется главным фронтом.
Вторичными фронтами называются линии раздела,
возникающие вследствие неоднородности воздуха внутри самой
воздушной массы.
Из основных фронтов различают теплый и холодный,
в зависимости от того, какая из масс на данной линии раздела
перемещается более активно. В теплом фронте мы имеем активное
наступление теплого воздуха, совершающего восходящее
скольжение вдоль поверхности раздела. Наоборот, в холодном фронте
продвигается холодный воздух. Как линии фронта, так и-
связанные с ними условия погоды могут испытывать
значительные деформации, в особенности при переходе через районы
с резко .выраженным рельефом береговой линии.
Линия раздела между массами одного знака носит название
окклюзии.
Если наступающая масса оказывается несколько теплее, чем
встреченная ею, мы будем иметь окклюзию теплого фронта. Если
наступающая масса оказывается холоднее, то фронт окклюзии
называется холодным фронтом. В обоих случаях вверху должен
оказаться фронт знака, противоположного тому, который мы имеем
у земной поверхности.
Для выяснения всех особенностей воздушных масс и фронтов
между ними необходимо иметь детальные данные, освещающие
состояние погоды и физические свойства воздушных масс.
Поэтому на современных синоптических картах, на которых
применяются норвежские методы, символические обозначения
оказываются значительно усложненными.
На рис. 52 приведена синоптическая карта в обозначениях
норвежской школы.
На этой карте мы имеем фронтальные линии, создавшиеся
в районе циклона. Теплые массы с юга (тропические), наступая
в передней, юго-восточной части циклона, создают обложные
осадки впереди теплого фронта. (Фронт обозначен линией с
зачерненными полукружками). Западная часть циклона занята
холодными массами, наступающими по линии холодного фронта (линия
92

с зачерненными треугольниками). С обеих сторон холодного
фронта мы имеем не только разность температур,, но и резкую
смену направлений ветра. Район холодного фронта характерен
шкваловыми осадками и порывистым ветром.
В 1936 г. автор предложил, на основании многочисленных
подъемов радиозондов в Слуцке, видоизменения норвежской
Рис. 52. Карта с норвежскими обозначениями.
теории. В основном они сводятся к следующему. Все воздушные
массы как теплые, так и холодные, получив то или иное развитие
в области зарождения (первая фаза жизни воздушной массы),
после перемещения по земной поверхности отрываются от своей
нижней части (вторая фаза в жизни воздушной массы).' Эта
часть находится в слое механического перемешивания, толщиной
в 800—1500 м. Отрыв вызывается задерживающим влиянием
трения воздушного потока о земную поверхность и разностью
в направлении верхних течений сравнительно с нижними.
Проходя над тем или иным районом, воздушные массы одазывают
93

на нижние слои тепловое влияние. Особенно резко оно
проявляется в холодное время года.
Проходящие вверху теплые массы накладываются на нижний,
более холодный слой. Это создает в области минимальных
температур в слое раздела и под ним облачные массы горизонтального
развития (слоисто-дождевые и слоистые облака), дающие
обложные осадки. Холодные массы, проходя вверху, увеличивают
неустойчивость воздуха, благоприятствуя развитию облаков типа
кучевых, кучево-дождевых в летнее время и мощных облачных
масс, дающих ливневые осадки в холодное время г.ода.
Вхождение теплых и холодных масс влечет за собой развитие
барометрических возмущений. Они перемешивают массы и выравнивают их
температуры (третья фаза в жизни воздушной массы).
Контрасты температур у земной поверхности представляют вторичные
эффекты прохождения этих масс в верхних слоях.
Изменения погоды, наблюдаемые у. земной поверхности,
соответствуют схемам норвежской школы. Новая теория дает лишь
иную интерпретацию процессов в атмосфере. Она позволяет
использовать данные аэрологических зондировок для анализа
процессов в атмосфере.

Глава VII
СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ
1. ТРОПОСФЕРА
Рассмотренные нами процессы развиваются в атмосфере под.
роздействием солнечной радиации и земной поверхности.
В кратких чертах их можно охарактеризовать следующим
образом.
. Тепловая энергия солнечной радиации при прохождении
атмосферных слоев частично поглощается этими слоями.
Поглощенная часть энергии идет, во-первых, на общее, более или
менее равномерное, повышение температуры атмосферных слоев.
Во-вторых, она расходуется на развитие в атмосфере
беспорядочного, так называемого турбулентного движения. Первый
эффект дает сравнительно небольшие изменения температуры
и, повидимому, особенного значения, по крайней мере в нижних
слоях атмосферы, не имеет. Второй эффект в значительной
степени определяет состояние всех слоев атмосферы.
Важнейшими результатами развития процесса турбулентного
перемешивания являются падение температуры с высотой, а также
перенос тепла в верхние'слои. Земная поверхность отдает тепло*
и водяные пары. Оба эти явления тесно связаны между собою.
Они составляют основную особенность нижнего слоя атмосферы,
носящего название тропосферы.
Интенсивность развития турбулентного перемешивания тесно
связана с тем, что различные частички воздуха неравномерно
поглощают солнечную радиацию. Причиной этого могут быть
только различного рода примеси атмосферного воздуха: водяные
пары, кристаллы льда, пылинки и пр.
С другой стороны, проникновение всех этих примесей в верхние
слои атмосфере тесно связано с падением температуры и с
эффектами турбулентного перемешивания.
Высота слоя атмосферы в первую очередь зависит от
интенсивности солнечной радиации.
Содержание примесей в различных слоях, а также размеры
твердых и жидких частичек, взвешенных в воздухе, 'постепенно
убывают, так как с высотой плотность воздуха уменьшается.
95

Таким образом, следует ожидать, что существует предел
высоты, до которого может распространяться слой тропосферы.
Эта высота определяется, с одной стороны, интенсивностью
солнечной радиации, с другой, — распределением с высотой
плотности воздуха.
В тех районах земной поверхности, где инсоляция достигает
особенно больших значений, высота тропосферы должна быть
наибольшей. Чем интенсивнее радиация, тем выше температура
земной поверхности и нижних слоев атмосферы, тем,
следовательно, медленнее происходит здесь уменьшение плотности
воздуха в связи с высотой. Так как размер и содержание
удерживающихся в воздухе пылинок определяются плотностью
воздуха, то в районах с интенсивной солнечной радиацией эти
примеси могут удерживаться в воздухе на больших высотах. Вместе
<і этим, очевидно, и нагревание этих частичек солнечными лучами,
а отсюда и все эффекты этого нагревания — турбулентное
перемешивание, падение температуры и т. п. — будут развиваться
интенсивнее. Таким образом высота тропосферы должна
оказаться больше в низших широтах (около экватора) и постепенно
уменьшаться по мере приближения к полюсам.
Развитые выше соображения, связывающие высоту тропосферы
€ запыленностью ее, находят подтвержденпе в замечательных
снимках, полученных при полете стратостата «Эксплорер II»,
приведенных на рис. 53. На этом рисунке граница светлого фона
представляет собой верхнюю границу тропосферы, резко
отделяющую ее от почти незаметного выше слоя стратосферы.
Сравнение проведенной на снимке прямой черной линии с границей
тропосферы показывает шарообразность Земли.
Высота, до которой развивается процасс перемешивания,
сопровождаемый понижением температуры, оказывается
различной. На рис. 54 приведены кривые, дающие распределение
температуры с высотой над различными широтами (0, 30 и 60°;
пунктирная кривая соответствует широте 30°).
В то время как над средними широтами падение температуры
(слой тропосферы) прекращается уже на высоте 11 км, над
экватором тропосфера достигает 18 км, причем температуры
понижаются до —90°. Это происходит потому, что слой
перемешивания, создаваемый солнечным нагреванием, земной поверхности
и воздушных масс, достигает наибольшей высоты в районах
наиболее интенсивного нагревания. Возможно, что если бы не
было меридионального движения воздуха, то разница в высоте
чзлоя перемешивания достигала бы еще больших* значений. Но
воздушные массы непрерывно перемещаются по земной
поверхности: воздух арктических стран поступает в средние широты
и обратно. В результате этого различия вертикального строения
тропосферы значительно сглаживаются. На рис. 55 приведен
ход температуры по данным исследования атмосферы на станциях
Европы. Из хода кривой видно, что тропосфера над Европой
•96

Е-
О
О
О
о
X о Ь
Q ¦— ^
¦г? (>>
о*
ее
о •
о «
4 t
о -^
¦д = ф іу
3 о, и ?
В ¦ и о,
О; О- Ь
.. р. ф О
й ? .
О- О с.
^ о «
<§ I
О <D
О СО
=з о
Е-
о
•г-
в".
о
03
О <5 со О
2 О С
2ос
^ Е-> =: as
ж rt q "
Е ^-ь
-^ н о с:
g о гг ?
О-і ^ е
к >>г; «
>~і о ~
к я Э
о
а
с
3
о ^
н ^3 О
в:
х
— о ». _,
ой
OS
Щ
О
«3
н °
К о
«* ° -
Д E-1 3
2 aj a
S H Д
я о ^
. s s
^ g 5
sH
нч а —
О CD
vo
CD
' Атмосфера

2Qk*
достигает высоты около 11—12 км. На рис. 56 приведены кривые
хода температуры над Слуцком и Землей Франца Иосифа в
различные месяцы и время года по данным радиозондовых
подъемов.
Высота тропосферы не остается постоянной и для данной
широты* Она испытывает, прежде всего колебания в годовом ходе.
В летнее время высота больше, зимою — меньше. Кроме того,
высота тропосферы испытывает сильные изменения в зависимости
от того, откуда приходят воздушные массы, протекающие в
данный момент над местом, где производятся измерения.
Выше слоя тропосферы, располагается слой стратосферы,
обладающей замечательными особенностями.
2. СТРАТОСФЕРА
Что же представляет собою самый слой стратосферы?
Производившиеся в этом слое исследования показывают, что на всех
высотах, до которых удалось
поднять самопишущие приборы
(36 км), температура
стратосферы оставалась с небольшими
колебаниями почти
постоянной. Одновременно
исследования стратосферы,
произведенные над различными широтами,
показали, что, в то время как
над экватором стратосфера
начинается только с 17—18 км
и имеет чрезвычайно низкую
температуру (—70 и даже—90°)у
приближаясь к полюсам,
высота стратосферы понижается
до 8—9 км, а температура ее
воздушных масс постепенно
повышается до —50, —45°.
Постоянство температуры по высоте в стратосфере объясняется
тем, что в этих слоях отсутствует тепловое и механическое
влияние земной поверхности. Температура воздуха определяется
соотношением, которое восстанавливается в стационарных
условиях при непрерывном излучении тепла в межпланетное
пространство. На температуру влияет лучистая тепловая энергия
от Солнца, с одной стороны, и от земной поверхности — с другой.
В результате равновесия между притоком и оттоком этих видов
лучистой энергии температура воздушных масс, как не трудно
доказать теоретически, должна мало меняться по высоте или
медленно повышаться с высотой. Различная высота стратосферы над
различными широтами объясняется следующим: слой тропосферы,
создающийся под действием: механического и теплового влияния
земной поверхности, развивается тем выше, чем интенсивнее
'50*80 70 60-50-40-30-Z0-1Q О -W+20*30 Q
Рис. 54. Распределение температуры
над различными широтами.
у»

приток тепловой энергии к земной поверхности. Приток тепловой
энергии достигает максимума значений в экваториальных районах.
Распределение температуры в стратосфере по широте может
быть объяснено, по мнению автора, еще тем, что здесь с
большой силой проявляется параллельная земной поверхности
составляющая силы центробежного ускорения. Эта сила входит
в силу тяжести. У
самой земли эта
составляющая почти
равна нулю, так как
сфероидальная
земная поверхность
почти в точности
перпендикулярна к силе
тяжести. Эта сила
тяжести
составляется из силы
притяжения и силы
центробежного ускорения
инерции,
создаваемой вращением
земного шара. По мере
поднятия вверх сила
тяжести убывает,
сила же центробежного
ускорения по мере
удаления от центра
оси вращения
возрастает.Таким образом,
в верхних слоях и
создается свободная
сила, направленная
к экватору.
Наличие этих сил
не создает
непосредственно движения
воздушных масс к
экватору. Этому стремлению противодействуют такие же силы
южного полушария. Накоплению же воздушных масс над
экватором кладет известный предел притяжение этих масс
Землей.
Наличие этих сил, как показал автор, сказывается на том, что
всякая воздушная масса, оказавшись холоднее, чем окружающий
воздух, должна начать движение относительно окружающих масс по
направлению к экватору. Это явление совершенно аналогично тому,
когда холодный воздух опускается вниз относительно
неподвижных окружающих воздушных масс. Наоборот, теплые массы
должны начать свое движение к полюсам подобно тому, как в не-
7* 99
№
„ . so того lb о/о lor °с воздуха 1
ШщееМяммО W 200 joo* noo* 500
8ес1м3Ооздуха (LQQ 500 00
600 700
moootmoo
Рис. 55. Распределение с высотой температуры,
давления и плотности воздуха.

подвижном воздухе в комнате теплый воздух стремится
подняться вверх.
Отбрасывание холодных масс к экватору и теплых к полюсам
представляет собою, повидимому, одну из важнейших причин
накопления теплых масс над полюсами, а холодных — над
экватором. Происходившие в 1937 г. исследования верхних слоев
Для земли
Франца-Иосифа
20
19
18
17
1
si
|
* W
t
I"
% 7
12
% 11
40 JO 20 W О -10 '20 -30 -40 SO -60 -70
10 0 -10 -20 -JO -40 -60 -60 -70
Рис. 56. Распределение с высотой температуры над Слуцком и Землей
Франца Иосифа по данным радиозондовых подъемов.
при помощи определения слышимости взрывов показали, что
накопление теплых масс в самых верхних слоях атмосферы
удерживается над полярными странами и в течение зимней ночи.
Следовательно, оно не может быть объяснено какими-либо
особенностями в притоке и поглощении лучистой энергии.
Приведенная же выше теория, объясняющая это явление
динамическими факторами, нашла полное подтверждение.
На рис. 57 приведены разности температур на различных
высотах между Слуцком и Землею Франца Иосифа. Кривые
100

20.000
W 000
показывают, что в течение всего светлого времени года
температуры на высотах больше 12 км над полярными районами
оказываются более высокими, чем над Слуцком. Кривая для полярной
ночи имеет также тенденцию к переходу через 0. Во всяком случае
(для января, декабря) температуры над Землей Франца Иосифа,
несмотря на отсутствие притока тепла от солнца, оказываются
более высокими, чем на
тех же уровнях над
Слуцком.
На рис. 58 приведено
распределение скорости
ветра над Слуцком. Из
хода кривой видно, что
в среднем в стратосфере
с высотой уменьшается
скорость ветра. Это
тесно связано с
приведенными выше данными о
разностях температур
между полярными и
южными районами.
Переход разности через 0
(если уменьшается
разность в падении с
высотой давления) над
полярными и южными
районами ведет к
уменьшению градиента, а
отсюда к уменьшению
ветра. Однако для
зимних месяцев подобного
ослабления ветра, по-
+20
Рис оі. Ход разности температур на
различных высотах между Слуцком и Землей
Франца Иосифа за год (сплошная линия) и
в течение полярной ночи (пунктир).
видимому, следует
ожидать только с высот в
20—25 км. Переход
через 0 отодвигается в
эти месяцы вверх.
Многочисленные подъемы зондов и радио-зондов позволили
составить более или менее окончательное представление об общем
ходе температуры не только в тропосфере, но и в стратосфере.
Наибольшие высоты, достигнутые при таких подъемах, не
превышают, однако, 30—36 км. Все эти подъемы указывают на
постоянство температуры в стратосфере по всем исследованным высотам.
Значит ли это, что выше температура остается без изменений?
Этот вопрйс не может считаться окончательно разрешенным
до настоящего времени. Однако ряд исследований в этом
направлении имеется, и мы можем составить довольно обоснованные
предположения о ходе температуры и на высоте, превосходящей 35 км.
10і

20
15
\1Q
!
Метод исследования этих слоев, в отличие от обычных методов,
не связан с подъемом в атмосферу каких-либо самопишущих
приборов. Еще в 1904 г. ученый Борне производил
исследования взрывов динамита в Вестфалии. Он заметил, что, кроме
зоны слышимости звука взрыва в непосредственной близости от
места взрыва, существует другая зона слышимости, отделенная
от первой зоной неслышимости.
На рис. 59 приведена схема распределения пунктов слышимости
и неслышимости взрывов. Черные точки означают, что в данном
пункте взрыв был
слышен, белые — что
он не был слышен.
Из рисунка видно,
что большинство
станций первого
круга слышали звуки
взрывов. На
пространстве между
первой и второй
окружностями почти все
станции не слышали
звука взрыва.
Наоборот, * значительное
большинство
станций вне второй
окружности слышали
звук взрыва.
Объяснением этого
замечательного
явления служит
следующее обстоятельство.
Как известно из
физики, скорость звука
в однородной газовой
среде изменяется в
зависимости от
температуры, а именно: с понижением температуры уменьшается скорость
звука. Соответственно этому взрывная волна, имея в точке взрыва
вдд сферы, удаляясь от этой точки постепенно вытягивается по
горизонтали. (При обычно встречающемся в атмосфере понижении
температуры с высотой скорость звука вверху уменьшается.)
Соответственно этому направление звукового луча,
перпендикулярного к звуковой *волне, все более и более отклоняется
вверх, и, в конце концов, луч удаляется от земной поверхности.
В точке отрыва луча от земли начинается зона неслышимости
звука.
Если бы температура воздуха во всех слоях атмосферы
понижалась или, во всяком случае, не повышалась, то звуковой луч,
о
1
1
л
о
3
м/срк
10 12 14 1В
Рис. 58. Изменение скорости ветра в стратосфере.
102

оторвавшись от земли, больше не вернулся бы на землю. В
действительности, как мы только что видели, на некотором
расстоянии звук становится снова слышимым, т. е. звуковой луч
в верхних слоях претерпел изгиб но направлению к земной
поверхности.
Это обстоятельство может быть вызвано или резкой сменой
состава воздуха (увеличение количества более легких газов),
или резким повышением температуры. Первая теория была
выдвинута нашим советским ученым проф. В. П. Ветчинкиным.
Вторая теория, пока более распространенная, предполагает,
что с высоты около 40 км температура воздуха начинает
постепенно возрастать. В табл. 7 вычислены значения скорости звука
и приведены предполагаемые значения температур на этих
высотах по Гутенбергу. , Таблица?
Высота в км 0 5 30 40 50 60
Температура в °Ц 15 —10 —58 —3 +17 +37
Скорость звука в м/сек 337 315 294 340 370 380
Таким образом, в одной из наиболее вероятных теорий
допускается наличие выше 40 км сильной инверсии,
отражающей звук к земной
поверхности. Схедаа
звукового луча,
искривляемого действием такого
слоя, приведена на
рис. 60.
В тех участках, где
луч отходит от земной
поверхности,
образуется зона неслышимости;
слышимость
возобновляется в тех точках,
где луч снова
возвращается на землю.
Исследование
распространения звука
представляет, таким образом,
прекрасное средство для
изучения состояния
верхних слоев
стратосферы.
В настоящее время
в ряде европейских
стран — Германии,
Франции, Голландии и
др. — производятся систематические исследования *
распространения слышимости взрывов. Эти взрывы производятся
искусственно в определенные, заранее выбранные моменты. Для
103
Рис. 59. Распределение слышимости взрывной
волны вокруг точки взрыва.

взрывов применяют обычно аммонал в количестве нескольких
сот килограммов. В более редких случаях количество
взрываемого вещества доходит до 2000 кг. Слышимость звука
в отдельных пунктах исследуется специальными
звукозаписывающими приборами, чрезвычайно чувствительными к малейшим
колебаниям воздуха, создаваемым звуком. Для избежания
ошибок применяют обычно двойной взрыв, слышимость которого
должна дать две отметки на записи, отстоящие на определенном,
заранее известном расстоянии друг от друга.
Применение звукового метода оказалось возможным .даже
в полярных странах. Например, в течение 1936 полярного года
Фрейманом и Ермолаевым было произведено несколько взрывов
Рис. 60. Схема звукового луча, искривляемого действием слоя инверсии
яа Новой Земле, слышимость которых определялась на ряде
советских полярных станций.
Измерения в течение полярной ночи представляли особенный
интерес, потому что происхождение высоких температур на
высоте больше 40 км обычно связывают с действием инсоляции
на верхние слои атмосферы, озонированные действием той же
инсоляции. Предполагается, что при отсутствии солнечного
нагревания в течение полярной ночи слой озона должен исчезнуть,
а вместе с ним исчезнет и слой теплого воздуха, отражающий
з луковые лучи. Однако акустические исследования .показали, что
полярной ночью отражение звуковой волны происходит
совершенно так же, как и в других районах, причем теплый слой
находится на высоте всего 32—35 км. Подобные высоты уже
достижимы для самопишущих приборов, и поэтому высокие зондировки
верхних слоев атмосферы в Арктике исключительно важны.
Исследование дальности распространения электромагнитных
волн, посредством которых производится радиопередача,
показало, что и здесь мы имеем дело с явлением, аналогичным
отражению звуковых волн от верхних слоев атмосферы. Но
отражение звуковых , волн происходит от теплого слоя на высото
40 км, тогда как отражение электромагнитных волн происходит
от слоя, находящегося на высоте 80—100 км. Согласно измерениялі
дальности распространения радиоволн, можно предполагать, что
на этой высоте находится слой воздуха с чрезвычайно большой
104

плектропроводимостью. Возникновение этой проводимости
связано с так называемыми космическими лучами, а также с
действием ультрафиолетовой радиации Солнца. Величина
проводимости этого слоя, согласно различного рода измерениям,
оказывается близкой к величине проводимости влажной земной
поверхности.
Таким образом испускаемые радиопередатчиками
электромагнитные волны распространяются между двумя проводящими
поверхностями: нижней — земной поверхностью — и верхней —
на высоте 80—100 км. Последний слой носит название слоя Хиви-
сайда. Благодаря наличию этого слоя слышимость радиопередачи
оказывается возможной на станциях, находящихся даже в
противоположной передатчику части земного шара. Электромагнитная
волна получает способность обегать Землю в слое между
указанными проводящими поверхностями.
Исследование высоты и мощности слоя Хивисайда
производилось посредством исследования взаимодействия
(интерференции) радиолучей; лучи испускались каким-либо передатчиком
и доходили до данной приемной станции двумя путями:
непосредственно вдоль земной поверхности и путем отражения от слоя
Хивисайда.
Исследователи Туве и Брайт разработали чрезвычайно
остроумный метод измерения ничтожно малого промежутка
времени между моментами прохода прямой и отраженной волны.
Все эти измерения показали, что слой Хивисайда испытывает
чрезвычайно резкие колебания и даже в течение суток влсота era
может изменяться на несколько десятков километров.
В СССР исследования этого слоя производились под
руководством проф. М. А. Бонч-Бруевича в Институте связи. Эти
исследования показали, что в слое Хивисайда наблюдаются как бы
отдельные, переносящиеся по горизонтали массы воздуха,
богатые ионами, т. е. частичками, имеющими свободный
положительный или отрицательный заряд. Эти «ионизированные облака»
согдают сложную картину распространения электромагнитных
волн.
г'1ля исследования состава более'высоких слоев атмосферы
on; еделяют спектр, световых явлений в этих слоях. Наиболее
точные и многочисленные материалы получены по спектру
полярных сияний.
По современным воззрениям полярные сияния возбуждаются
действием отрицательно и положительно заряженных частичек
или корпускул (а-и [5-лучи). Эти лучи испускаются Солнцем.
Проходя мимо Земли они попадают в сферу влияния ее
магнитного поля. .Отклонившись от своего начального пути,
частички следуют направлению магнитных волн земного поля,
закручиваясь под тем большим углом, чем глубже они проникают
в атмосферу. Соответственно различным свойствам пучков
корпускул световые эффекты, производимые ими в разреженных слоях
205

атмосферы, получают различный, иногда очень причудливый
вид: лучен, полос, колеблющихся завес и пр.
Подобные же световые явления можно получить
экспериментально, как показал Бпркеланд, если пучок катодных лучей
направить на шарообразный магнит, покрытый по поверхности
флюоресцирующим веществом. В атом случае в полярных областях
такого магнита катодные лучи, отклоняемые действием магнит-
ного поля, производят
световые явления,
аналогичные полярным сияниям.
Высота полярных
сияний в земной атмосфе ре
различная. . Некоторые
формы сияния, как
однородные дуги, наблюдаются
на громадных высотах —•
в 400—500 км,
максимальная же высота
отдельных лучей достигает, по
последним измерениям,
1200 км. На рис. 61
приведена одна из наиболее
красивых форм сияния в
виде занавеса.
Особенности структуры
самых верхних слоев
атмосферы отражаются
также на распределении
яркости утренней и вечерней
зари, а именно: в
вечернем освещении небесного
свода заходящим Солнцем
можно различить три
светлых дуги. Первая исчезает
под горизонтом в тот мо-
Рис. 01. Полярное сияние в «иле драпри. мент, когда Солнце
опустится на 8° ниже
горизонта. Этот момент
соответствует окончанию так называемых гражданских сумерек.
Оказывается, что оти сумерки являются результатом отражения
лучей в нижнем слое атмосферы — тропосфере.
После перехода Солнцем касательной к земной поверхности,
составляющей угол 8° к горизонту, освещение неба резко
ослабляется, так как отражение лучей в стратосфере, бедной водяными
парами и пылинками, значительно слабее, чем в тропосфере.
После перехода Солнцем касательной, составляющей угол 16°
к горизонту, кончаются так называемые астрономические
сумерки: Вычисления показывают, что высота слоя, который
-.100

производит явление астрономических сумерек, равна около
70 км.
- Следующая, наименее светлая дуга зари исчезает после перехода
Солнцем касательной под углом в 30° ниже горизонта, что
соответствует слою в 214 км. Таким Ьбразом явления сумерек, как,
впрочем, и другие явления стратосферы, указывают на
слоистую структуру последней.
Наконец, последнее явление, которое должно быть отнесено
к стратосфере, — это так называемые светящиеся или
серебристые облака. Они наблюдаются на громадной высоте, *равной
в среднем 82 км, и представляют собой одно из красивейших
явлений в атмосфере. Такие облака бывают видны через несколько
часов после захода Солнца и привлекают внимание серебристым
тоном своих частей на совершенно темном фоне неба. Появившись
на небесном своде, эти облака остаются иногда несколько суток
подряд.
Автору совместно с проф. Л. Вейкманом пришлось наблюдать
так*ие облака в Ленинграде в ночь с 19 на 20 июля 1929 г. около
полуночи. Они имели вид высоких перисто-кучевых облаков,
разбитых на правильные волны, расположенные в виде кон-
.центрических частей круга. Высота их была, повидимому, очень
значительна, так как при движении поезда (в Москву) они
наблюдались, примерно, под одним и тем же углом к горизонту
в течение около часа. В ночь с 20 на 21 июля около полуночи те
те самые облака я наблюдал в Москве. Попрежнему они были
видны на северо-востоке, причем были одинаковы даже формы волн
и расположение отдельных частей.
Природа светящихся облаков до сих пор не "объяснена.
Возможно, что происхождение их связано .со скоплением водяных
паров в верхних слоях атмосферы, может быть в слое Хиви-
сайда. Предполагаемые высокие температуры этого слоя могут
объяснить присутствие здесь водяного пара в достаточном
количестве для образования довольно плотных облаков. Однако
путь, которым эти пары попадают в такие высокие слои сквозь
низкие температуры стратосферы, нельзя считать вполне
выясненным. Возможно, что эти пары являются продуктом
соединения водорода и кислорода при электрических разрядах в
верхних слоях атмосферы.
Согласно другой теории, светящиеся облака представляют
собой продукты распада метеоритного вещества, проникающего
в земную атмосферу в виде так называемых «падающих звезд»,
В верхних слоях атмосферы наблюдают еще так называемые
космические лучи (или проникающее излучение), открытые еще
в 1910 г. Гоккелем и Милликеном. Действие космических лучей
проявляется при образовании в атмосферном воздухе свободных
ионов, т. е. частичек, имеющих свободный положительный или
отрицательный заряд. Однако у самой земной поверхности этот
эффект космических лучей проявляется в высшей степени слабо.
107

Если взять надежно изолированный электроскоп и поместить
его в сосуд со стенками, непроницаемыми для радиоактивных
лучей, то тем не менее с течением времени будет происходить
медленная потеря заряда в шарике электроскопа. Она и вызывает
образование свободных ионов в сосуде, где помещается
электроскоп. Образование этих ионов было 'приписано особому
радиоактивному излучению Земли, могущему проникать через экраны,
непроницаемые для других известных лучей радиоактивного
происхождения. Соответственно происхождению этой проникающей
радиации из земной поверхности следовало ожидать, что с
удалением от земли эффекты этой радиации бргут постепенно
ослабевать. Опыты, произведенные на небольших высотах, вполне
подтвердили это явление.
Однако оказалось, что с дальнейшим увеличением высоты
подъема прибора образование свободных ионов в сосуде не
только не ослабевает, но постепенно начинает возрастать.
Возрастание наблюдалось на всех исследованных высотах, и потому
лучи, вызывающие этот эффект, назвали космическими лучами.
Можно было предполагать, что источник их находится вне
нашей атмосферы.
Естественно, что для изучения природы космических лучей
оказалось необходимым произвести исследования на возможно
больших высотах. Многочисленные подъемы на воздушных шарах,
измерения на горах (у нас на Эльбрусе такие опыты производила
специальная экспедиция, организованная Всесоюзной Академией
Наук) показали, что у самой земной поверхности (на уровне
моря) космические лучи вызывают образование 1—2 ионов
в секунду в 1 см3 воздуха. На высоте 3 км они создают уже 4 пары
ионов, на высоте 5 км — 16, на высоте 7 км — 45 и на 9 км —
79 пар.
Для .исследования более высоких слоев Милликен построил
особые автоматические приборы, регистрирующие эффекты
космических лучей до высоты 16 км. Результаты опытов Милликена
показали, что интенсивность космических лучей возрастает, но
не так быстро, как следовало ожидать из опытов в нижних слоях.
В 1931 г. проф. Пикар совершил свой первый полет в
стратосферу на стратостате. (Подробности полета вкратце изложены
в последнем разделе этой книги). В результате двух своих полетов
в 1931 и 1932 гг. проф. Пикар установил, что- на высоте 15 км
число ионов, создаваемых в секунду в 1 см3 воздуха действием
космических лучей, доходит до 360.
Таким образом в слое стратосферы интенсивность действия
космических лучей продолжает возрастать, и притом даже более
резко, чем в тропосфере. Однако в 1932 г. проф. Регенер
повторил, с некоторыми видоизменениями, опыт Милликена с
автоматическими приборами и получил числа, значительно меньшие,
чем Пикар. Таким образом создавалась неясность, чьи
наблюдения более точны.
*08

30 сентября 1933 г. наблюдения космических лучей, органпзо
ванные во время полета стратостата- «СССР» сотрудником Главной
геофизической обсерватории проф. А. Б. Вериго и проведенные
участником полета инж. К. Д. Годуновым, дали числа, близкие
к числам Пикара. в
Исследования, поставленные на стратостате «СССР» над
состоянием космических лучен, производились при помощи
электрометра системы Гесса. Этот прибор представляет собой
изолированную камеру, в которой находится заряженный электрод,
связанный с двумя кварцевыми нитями. При заряде электрода
нити расходятся и величина расхождения определяется по шкале
в окуляре микроскопа,
через который производится
наблюдение над
положением нитей.
Чрезвычайно важной
составной частью воздуха
является озон.
Исследование распределения в
атмосфере этого весьма
нестойкого газа началось только
в последние годы. Озон
обладает способностью
поглощать значительную
часть ультрафиолетовых
лучей солнечного спектра.
Исследования
атмосферного озона производятся
или анализом проб
воздуха или
спектрометрическими исследованиями.
Первый способ-в
применении к верхним слоям
атмосферы впервые был
использован в СССР в Физическом институте Академии Наук.
Тов. Шлезингер применил метод акад. С. И. Вавилова для
определения 'содержания озона по методу флюоресценции. Для
анализа были использованы пробы воздуха, взятые при подъеме
субстратостатов. Второй метод разработан Гоцем и Регенером.
Метод Гоца относится к наблюдениям с земной поверхности,
метод же Регенера связан с подъемом спектрографа
(автоматического) на шарах-зондах.
Результаты исследований Гоца и Регенера приведены на
рис. 62. Точками отмечены высоты, на которых находится
наибольшее количество озона. Из хода кривых видно, что основная
масса озона сосредоточена на высотах от 18 до 22 км, в
противоположность старым воззрениям (до 1934» г.), когда
наибольшее содержание озона относили к высотам больше 35 км.
о по Регенеру
» центр шзкеста озот
О 2
4 6 8 10 12 ft 16 18
Парциальное дадлент
Рис. 62. Распределение озона в
стратосфере по данным исследований Регенера
и Гоца.
109

По мнению Регенера, высокие температуры слоев выше 35 км
могут быть объяснены поглощением энергии из ультрафиолетовой
части солнечных лучей верхней частью слоя озона.
В последние годы ряд интересных исследований произведен
экспедицией Академии Наук на Эльбрусе. В частности, сотрудник
Оптического института т. Хвостиков, наблюдая изменение
поляризации свечения неба, произвел исследования ионизированных
слоев на высоте 100 и 120 км. Новый метод исследования этих
слоев может значительно продвинуть вперед наши знания
относительно состояния верхних слоев стратосферы.
3. ПОЛЕТЫ В СТРАТОСФЕРУ
Для исследования стратосферы долгое время применялись
исключительно подъемы шаров-зондов и радиозондов. Однако
одних автоматизированных приборов недостаточно. Для ряда
специальных задач, в особенности для измерения интенсивности
космических лучей и определения состава воздуха, желательно
производить непосредственные исследования. Тем или. иным
способом наблюдателю надо подняться в верхние слои атмосферы.
Попытки подъема в стратосферу на обычном аэростате с
открытой гондолой оказались неудачными. Мы уже говорили о
полете немецких ученых Зюринга и Берсона, достигших в 1901 г.
высоты 10 800 м. Однако уже на высоте около 10 000 м оба ученых
лишились чувств. Только последнее, почти инстинктивное
движение Берсона, открывшего клапан, спасло их от смерти.
В 1927 г. американский воздухоплаватель Грэй сделал смелую
попытку проникнуть в стратосферу в открытой гондоле. Первая
попытка оказалась удачной. Грэй достиг высоты 12 944 м и даже
не потерял сознания. Он был одет в специальный костюм, имел
кислородный баллон и маску для дыхания, а также ряд других
приспособлений, усовершенствованных им на основании опыта
своих многочисленных полетов (более 100). Однако при второй
попытке достигнуть той же высоты, Грэй погиб и на землю
опустился шар с его трупом.
Для безопасности полета необходимо, чтобы пилоты в течение
всего полета находились при давлении воздуха не менее того,
который встречается на высоте 5—4 км, т. е. 400—500 мм.
Выполнение этого условия требует, чтобы пилоты находились не в
открытой, а в герметически закрытой кабине, способной удержать
давление внутри на известном минимальном значении. х
Первым совершил полет в стратосферу в такой кабине проф.
Пикар. Он, поднялся с конструктором аппарата Кипфером 27 мая
1931 г. Оі шлочка стратостата Пикара имела объем в 14 130 м3.
1 Герметическая кабина для полета в верхние слои атмс^феры впервые
(в 1876 г.) была предложена Д. И. Менделеевым, проектировавшим ее из
прорезиненной материи.
110

Вес оболочки — 800 кг. Если бы ота оболочка была наполнена*
у земной поверхности полностью водородом, то подъемная сила
шара составила бы, за вычетом веса оболочки, около 15 000 кг.
Чтобы удержать шар, потребовалось бы применить стальные
тяжелые тросы.
При подъёме шара в верхние слои с уменьшенным" давлением,
водород должен был бы, расширяясь, выходить из шара.
Подъемная сила шара на высоте 16 000 м из-за меньшей плотности
воздуха должна была бы упасть до 2200 кг. Таким образом,
наполнение водородом всего шара не дало бы никакой выгоды, так как
при данном объеме шара его подъемная сила уменьшилась бы
вследствие уменьшения с высотою плотности окружающего
воздуха. Наоборот, излишне большая подъемная сила шара'
увеличила бы нагрузку тяжестью тросов и повела бы к излишне
большой вертикальной скорости поднятия.
Во избежание этих недостатков шар наполняется не на весь
объем, а только частично с таким расчетом, чтобы наполняющий
оболочку водород заполнил ее при своем расширении на
максимальной или близкой к максимальной высоте полета.
Соответственно этим соображениям оболочка стратостата Пикара была
наполнена только 2600 м3 водорода.
Гондола стратостата Пикара была сделана из алюминиевых
сварных листов, толщиною в 3.5 мм. Подвеска кабины к стропам
аэростата 1 производилась посредством алюминиевых стоек,
пересекающих гондолу по вертикали. Таким образом тяжесть пилотов
и приборов передавалась не на оболочку гондолы, а через эти
алюминиевые стойки непосредственно на стропы.
Основной задачей первого и второго полетов Пикара,
совершенных в 1932 г., было исследование космических лучей.
Результаты этих полетов изложены в предыдущем разделе.
В 1933 г. в СССР был организован полет стратостата «СССР»,
достигшего максимальной высоты около 19 км. Оболочка этого
стратостата была значительно большая, чем оболочка стратостата
Пикара и имела объем около 25 000 м3. Диаметр оболочки
составлял 35 м. Вес с такелажем, т. е. различного рода оборудованием,
стропами и пр., 1150 кг.
Кабина стратостата была построена из кольчугалюминиевых
листов, толщиною в 2.5 мм, склепанных бесчисленным
количеством заклепок по меридианам. Диаметр шарообразной кабины
составлял 2.3 м. Соответственно этому, объем кабины был равен
6 м3. Снаружи кабину обшили слоем войлока, покрытого сверху
прорезиненной материей. Таким образом получилась как бы шуба,
предохраняющая кабину и от понижения температуры и от
повышения ее от действия солнечных лучей. Последнего можно была
опасаться потому, что при первом полете проф. Пикара
температура в его кабине достигала +40°. Вследствие порчи клапана
Стропы — веревки, на которых висит гондола.
111

Пикар был вынужден летать в таких условиях в течение почти
16 час, пока шар, ^охладившись после захода Солнца, не начал
опускаться.
Для обеспечения нормальных условий для дыхания в кабине
-стратостата «СССР» имелись приспособления для поглощения
углекислоты, образующейся при дыхании, и для пополнения
воздуха кислородом. Боковые отсеки кабины были заняты
различными приборами*и установками для радиосвязи во время
полета.
Постройка стратостата заняла около восьми месяцев. К концу
августа 1933 г. все части стратостата, все приборы были готовы,
испытаны и установлены на месте. Однако вылет пришлось
отложить, так как он требовал особых условий погоды: ясного неба
и почти полного безветрия. Надо иметь в виду, что вся система
стратостата перед взлетом имеет высоту в 75 м. Малейший порыв
ветра грозит порвать тонкую оболочку стратостата.
Наконец, 30 сентября погода оказалась вполне
удовлетворяющей нужным требованиям. При совершенном штиле у земной
поверхности, на небе не было ни одного облачка. Наполнение
оболочки началось еще с вечера 29 сентября. К утру все было
готово. Участники полета т.т. Прокофьев, Годунов и Борнбаум
закончили все подготовительные работы и были готовы к
полету.
Заполнили водородом только верхнюю часть оболочки; нижняя
часть оболочки складками опускалась вниз. Глубокие складки
в верхней части оболочки были образованы давлением тросов
(строп), на которых оболочка была подвязана к кабине. Верхние
концы этих строп были прикреплены к особому полотнищу,
имевшему форму диска. Оно составило верхнюю часть оболочки.
Для просмотра оболочки и клапана стратостата перед вылетом
применен был остроумный способ поднятия контролеров на
небольших шарах, имеющих подъемную силу, равную весу
человека. Благодаря этим шарам человек как бы перестает быть
весомым. При помощи ничтожных усилий он сможет подняться по
поверхности оболочки и без малейшего вреда для нее произвести
осмотр.
Когда все необходимые подготовительные операции были
закончены, пилоты вошли в кабину, попрощались с
провожавшими, и в 8 час. 45 мин. громадный — тогда самый большой в
мире — воздушный шар стремительно рванулся вверх. На высоте
нескольких километров пилоты закрыли герметические люки
и приступили к выполнению своей программы. Шар шел вверх
со скоростью около 35 км/час. Через 10—12 мин. он уже был
на высоте 8 км.
Вдруг, наблюдавшие за шаром внизу*'были поражены
появлением белого облака, закутавшего шар. Первой мыслью было
предположение о взрыве. К счастью, через несколько секунд
стратостат вновь стал виден в полной сохранности. Водяные
112

пары, бывшие в большом количестве в водороде, наполнявшем
шар, охлаждаясь при выходе из стратостата, сгущались и
образовали напугавшее всех облако.
Постепенно стратостат становился все меньше и меньше. Через
час он виднелся, как светлая Луна. В довершение сходства Солнце
освещало только часть шара, и он имел вид лунного серпа.
Все это время велись непрерывные переговоры со
стратостатом по радио.
Около 1 часа дня пилоты запросили о своем местоположении,
направлении своего полета и высоте. Я спешно вычислил, по
данным наблюдений теодолита, путь шара и передал, что стратостат
идет почти точно на Коломну и возможным пунктом приземления
будет, при нормальных скоростях спуска, район между Коломной
и Бронницами.
Пришла мысль отправиться на автомобиле и встретить
воздухоплавателей на месте спуска. Последнее важно потому, что перед
вылетом наша комиссия запечатала все автоматические приборы,
регистрировавшие высоту полета. Представлялось желательным
принять эти приборы сразу после спуска.
Подъезжая к Коломне, мы узнали, что стратостат уже
спустился у Коломенского завода. С большим трудом перебрались
мы через мост и, наконец, уже в темноте нашли стратостат и его
пилотов. Все было в полной сохранности, наложенные пломбы
целы, и мы могли освидетельствовать записи, оказавшиеся
безупречными. Не только пилоты, но даже амортизатор Гондолы, сама
гондола и оболочка не получили ни малейших повреждений.
Стратостат мог уже через несколько дней быть готовым к
следующему полету.
Одной из задач, поставленных перед аэрологическими
исследованиями во время полета, было определить точность
барометрической формулы. Барометрическая формула в практике
воздушного транспорта служит делу определения высоты летательных
аппаратов относительно земной поверхности. Благодаря ей можно
определить расстояние до уровня моря, не видя земной
поверхности.
Правда, в условиях полетов у земной поверхности эти
измерения не всегда точны, так как не всегда выполняются условия,
необходимые для правильного определения высоты по этой
формуле. В частности, нужно знать давление не только на высоте
полета, но и у земной поверхности. При полетах будущих
стратопланов, т. е. самолетов, летающих в стратосфере,
барометрический метод определения высоты будет, пожалуй, единственно
возможным. Во всяком случае, он наиболее прост и точен. Однако
было необходимо уточнить барометрическую формулу не только
в нижних слоях атмосферы, но и в стратосфере. Ее неточность
могла возникнуть, в частности, от изменения состава воздуха.
Таким образом проверка формулы могла дать одновременно
косвенные указания на состав воздуха стратосферы.
113

Во время полети нужно было произвести одновременно
определения давления в гондоле стратостата и измерить высоту
стратостата при помощи точнейших геодезических теодолитов с
земной поверхности. Все отсчеты должны были производиться по
сигналам с центральной радиостанции. Полученные данные
дали полное совпадение высот, измеренных по барометрической
формуле и по данным геодезических наблюдений. Таким образом
применение барометрической формулы для определения высот
в стратосфере можно считать оправданным. Вместе с тем факт
правильности# барометрической формулы подтверждают
результаты исследования воздуха, забранного при полете приборами
для забора проб воздуха.
Разработку и выполнение научной программы полета
стратостата «СССР» осуществляла Главная геофизическая
обсерватория в Ленинграде. Коллектив научных работников обсерватории
не только выработал программу наблюдений, но и разработал
методы наблюдения. Были разработаны и построены новые
оригинальные приборы, составлены инструкции для производства
наблюдений. Ленинградский коллектив руководил установкой
приборов в гондоле стратостата. В течение подготовительных
работ были выдвинуты новые методы наблюдений, новые
установки. Некоторые из этих методов получили уже применение
в текущей работе (Обсерватории. Многие выводы, полученные по
записям приборов, поднимавшихся на стратостате, позволяют
сделать весыйа важные усовершенствования приборов, которые
будут в дальнейшем подниматься на аэростатах, и приборов,
поднимаемых на шарах без наблюдателя.
4. ПОЛЕТ СТРАТОСТАТА «ОСОАВИАХИМ»
Одновременно со строительством стратостата «СССР»
Ленинградский областной совет Осоавиахима организовал в
Ленинграде постройку стратостата «Осоавиахим». По ряду технических
причин стратостат, готовый еще в августе 1933 г., был
окончательно подготовлен к полету только в декабре того же года.
В связи с затянувшейся пасмурной погодой вылет стратостата
«Осоавиахим» состоялся только 30 января 1934 г.
Полет стратостата «Осоавиахим» в основном преследовал те
же научные задачи, что и полет первого советского стратостата
«СССР». Однако он отличался некоторыми деталями научных
приборов, а также особенностями своей конструкции. Центр
тяжести научных исследований стратостата «Осоавиахим»
относился к исследованиям космических лучей, состава воздуха и
производству аэрофотосъемки. Приборы для космических лучей
были подготовлены А. Б. Вериго при консультации акад.
А. Ф. Иоффе. Приборы для производства аэрофотосъемки
разработал и подготовил Институт аэрофотосъемки. Метеорографы
для регистрации метеорологических элементов во время полета
114

были построены Бюро воздушной техники Ленинградского отдела
Осоавиахима. Для контроля высоты были применены приборы
автора, построенные в мастерских Института аэрологии.
Пилотировал стратостат инж. П. Ф. Федосеенко. Наблюдения вели
А. Б. Васенко и К. Д. Усыскин.
Старт стратостата был назначен на 30 января.
Аэрометеорологическая ситуация этого дня имела некоторые особенности.
В нижнем слое от 400 до 1200 м находились облака типа слоистых.
Толщина этих облаков была определена по данным радиозонда,
выпущенного Бюро оповещений аэропорта. Перед полетом для
поверки данных радиозонда был также выпущен самолет.
Выше слоя нижних облаков оказался небольшой слой облаков
типа высоко-кучевых, находившихся на высоте 4—5 км. В связи
с тем, что в ближайшие дни можно было ожидать усиления ветра
и, следовательно, ухудшения условий старта, решено было
стартовать в 9 час. утра 30 января. Накануне вечером специальные
комиссии просмотрели акты об испытании различных деталей
материальной части стратостата и приборов.
Все приготовления к старту были закончены к 8 час. утра.
Приборы для контроля высоты были запломбированы и
подвешены снаружи стратостата. Напол-нение оболочки было
закончено к 7 час. утра. Она поднималась среди лесной поляны в виде
громадной груши, с большими вмятинами в нижней части. В
отличие от оболочки стратостата «СССР» стропы, придерживающие
гондолу, были прикреплены к поясу в нижней половине оболочки
при помощи лап особой системы, разработанной конструктором
стратостата инж. А. Б. Васенко. Напомним, что в стратостате
«СССР» стропы были прикреплены к круглому полотнищу,
наклеенному на верхнюю поверхность оболочки.
Гондола стратостата «Осоавиахим» была построена из особого
сорта стальных листов, сваренных по меридианам. В отличие
от гондолы «СССР» имелся один выходной люк в верхней части
гондолы. Крышка люка завинчивалась посредством 12 барашков,
отвинчивавшихся особым ключом. Все приборы, кроме
метеорографов, были размещены внутри гондолы.
Для забора проб воздуха было * взято 20 колб системы инж.
Званцева. Их поместили на особых амортизаторах на стенке
гондолы. Само собой разумеется, гондола имела радиоотправи-
тельную и приемную станцию, приборы для пополнения запасов
кислорода, поглощения углекислоты и влаги и пр. Сами
стратонавты были одеты в особые костюмы, снабженные электрическими
подогревателями.
В течение промежутка времени от 8 до 9 час. производились
последние операции по подготовке старта. Для уравновешивания
стратостата последний был загружен балластом в виде 580 кг
дроби. В качестве дополнительного балласта, при спуске должны
были служить аккумуляторы и некоторые приборы общим весом
около 200 кг.
8*
115

На рис. 63 представлен вид гондолы стратостата перед взлетом.
После окончательной готовности к подъему пилоты $ошли в
гондолу. Дали приказ о старте. По команде стартера были отданы
последние поясные, при помощи которых команда удерживала
стратостат. Он стал плавно подниматься вверх, под общие
аплодисменты зрителей. Через одну-две минуты сначалл оболочка,
злтем гондола и,
наконец, гайдроп
стратостата скрылись в
густой пелене
слоистых облаков.
Комиссии,
руководившие подъемом
стратостата, отправились
в Главную
аэрометеорологическую
станцию на аэродром.
Там был оборудован
прием и передача
радиограмм на*
стратостат.
Через 15—20 мин.
стали поступать
первые сведения о
стратостате. Он быстро
забирал высоту и к
11 час. дня достиг
высоты в 19000 м, без
выбрасывания балласта.
Чтобы подняться
выше, командир
стратостата наріал
выбрасывать балласт. Как
оказалось
впоследствии из записей в
бортовом журнале,
была выброшена
значительная часть
балласта, и для
посадки оставались около 240 кг дроби и около 200 кг приборов.
При помощи этого маневра была достигнута высота, равная.
судя по записям в бортовом журнале, 22 000 м. Находясь на
высоте выше 20 км, стратостат имел очень небольшую скорость
подъема. В результате этого оболочка и содержащийся внутри
водород сильно нагрелись солнечными лучами. Интенсивность их на
этих высотах в зимнее время даже несколько большая, чем летом.
По измерениям, произведенным пилотами при помощи особого
электрического термометра, температура газа оказалась равной -f-10\
116
Рис. 63.
Кабина стратостата «Осоавнахим-1»
перед подъемом.

Естественно, газ расширился, а так как оболочка была
полностью раздута уже на высоте 19 900 м, то часть водорода,
примерно 20—30% от общего количества (2400 м3 при
нормальном давлении), должна была выдавиться через открытый
аппендикс шара Для спуска командир стратостата выпустил газ, открыв
на*3 мин, клапан. Таким образом общая потеря газа может быть
оценена в 500—600 м3. Для компенсации этой потери при
подходе к земле необходимо было иметь запас балласта в размере
около 600 кг. По мере приближения к земле температура газа
должна была понизиться и приблизиться к температуре
окружающего воздуха. На нее
действовало бы обтекание при
спуске и ослабление
нагревания солнечных лучей.
По мере снижения
стратостата в стратосфере температура
5&за начала под действием
вентиляции постепенно
понижаться. Так как температура
окружающего воздуха была равна
примерно —60, —55°, то
понижение температуры газа и
сжатие его сказались на подъемной
силе уже к высоте 12 000 м.
Но то обстоятельство, что
температура окружающего воздуха
остается в стратосфере без
изменений, вызвало некоторую задержку в потере подъемной
силы. В тропосфере же падение подъемной силы оказалось
особенно большим.
На рис. 64 приведен ход изменений температуры водорода
шара, перегретого солнечными лучами, от температуры L до
температуры В. При спуске ^температура водорода изменяется,
по Эмд^ну, не по линии ВВ\7 а по линии ВВ\, постепенно
приближающейся к температуре окружающего воздуха по линии ЬЬг.
По записям в бортовых журналах, отмеченных временем 16 час.
07 мин., пилоты не обнаруживали ничего тревожного. Однако
запись в 16 час. 10 мин. осталась незаконченной. Можно думать,
что записывавший ее т. Усыскин был в этот момент отвлечен
каким-либо тревожным замечанием Васенка или Федосеенко.
Скорость снижения стратостата, увеличившаяся вследствие
охлаждения водорода под действием вентиляции, а также вследствие
повышения температуры наружного воздуха при вступлении
в тропосферу, достигла здесь критического для материальной
части стратостата значения.
По заключению комиссии произошло следующее: веревка,
прикреплявшая нижнюю часть оболочки (аппендикс) к кабине,
Температура,
Рис 64 Ход температуры водорода
при спуске аэростата.
И'

тіе выдержала созданного быстрым спуском давления на оболочку
стратостата и оборвалась. Оказавшись свободной, нижняя часть
оболочки, не заполненная на этой высоте воздухом, с силой
ударилась вверх и создала неравномерное натяжение на стропы.
Веревки в виде разветвлений, при помощи которых стропы
прикрепляются к оболочке, получили
разрыв. Гондола вышла из
вертикального положения. Начался быстрый
спуск, сопровождавшийся сильными
колебаниями и рывками. Ок и
помешал экипажу прибегнуть к
естественному в этом положении выходу —
открыть люк и выброситься на
парашютах. Возможно, что этому
помешало также неудобное устройство
люка: его надо было открывать
посредством барашков и ключа. Не*
сомненно установлено как по
положению барашков, так и «по записям
барографа внутри гондолы, что люк
оставался закрытым и давление
внутри гондолы было неизменным до
самого момента падения. 'Таким
образом даже оставшийся небольшой
запас балласта, в виде дроби и
приборов, не мог быть использован для
замедления скорости спуска.
Обрыв нескольких креплений
нарушил симметрию подвески (рис. 65).
Из-за этого обтекание оболочки стало
неправильным и вызвало резкие,
сильные броски и вращение всей
системы. В результате начали
рваться и оставшиеся целыми крепления
и на некоторой высоте произошел
полный отрыв гондолы от оболочки.
Естественно, что с этого момента
скорость падения стала
катастрофической.
*
По словам очевидцев, перед
падением гондолы был слышен сильный звук, вроде свиста снаряда.
Женщина, полоскавшая белье около места падения гондолы,
привлеченная свистом, увидела черный шар, летевший с
громадной скоростью вниз. Удар гондолы о землю сопровождался
сильным звуком, напоминавшим, по словам очевидцев, взрыв
снаряда.
Помимо непосредственного действия удара гондолы о землю,
здесь сказалось также то, что сквозь разбившиеся окна внутрь
118
Рис. 65. Предполагаемый вид
оболочки стратостата «Осоави-
ахим-1» при аварии.

гондолы, где давление было равно примерно половине
атмосферного, стремительно ворвался воздух.
Сбежавшиеся крестьяне установили, что гондола была смята,
а в разбитые окна были видны трупы убитых при падении пилотов.
К сожалению, трупы и часть поломанных приборов были
извлечены наружу и оставались в таком виде до прибытия комиссии.
В тот же вечер в 4 км от места падения гондолы местными
колхозниками были найдены части оболочки. Как указывают
крестьяне, оболочка была совершенно мягкой, сухой, без
всяких признаков изморози.
За несколько десятков минут до падения стратостат был виден
сквозь просветы между облаками. В записях в бортовых
журналах также указывается, что пилоты видели землю, деревни
и производили аэрофотосъемку.
Все приборы, находившиеся в гондоле, оказались совершенно
разбитыми. Сама гондола, однако, осталась целой, получив только
глубокие вмятины. Записи в бортовых журналах почти полностью
сохранились и позволяют восстановить ряд ценных наблюдений,
произведенных пилотами во время своего полета. К сожалению,
все колбы с пробами воздуха были разбиты.
Каковы же были причины, повлекшие ужасную катастрофу?
В основном эти причины связаны с потерей газа на
максимальной высоте вследствие перегрева его солнечными лучами. Это
явление общеизвестно и для обеспечения спуска принято
оставлять достаточное количество балласта или груза, который мЪжно
выбросить при подходе к земле или тропосфере. Это
обстоятельство учитывал и командир стратостата, рассчитывавший
выбросить после открытия люка аккумуляторы, а, в крайнем случае,
также и приборы, и даже одного из пилотов, разумеется, на
парашюте. Расчеты т. Федосеенко не оправдались. Ранее, чем
он открыл люк, произошел разрыв разветвлений, создавший
тяжелые условия для операции по открыванию люка.
Остается неясным, почему т. Федосеенко так долго (от 11 до
15 час.) задержался на максимальной высоте. Возможно, что
стратостат попал в слой стратосферы с сильной инверсией
температуры, для выхода из которого потребовалось длительное
открытие клапана. Дальнейшее же развитие событий
определялось тем фактом, что вся система стратостата падала на землю
под действием силы в 500—600 кг и развила скорость, на которую
не была рассчитана ее материальная часть. Таким образом
катастрофа произошла в результате сложного комплекса роковых
обстоятельств.
5. ПОЛЕТ СТРАТОСТАТА «СССР-1 БИС»
В 1935 г. был совершен второй полет в стратосферу на
стратостате «СССР-1 бис». Летели тт. Зилле, Прилуцкий и проф. Вериго.
Оболочка, гондола и приборы были те же, которые
применялись в полете стратостата «СССР-1». Стратостат достиг высоты
119

около 16 000 м. На максимальной высоте полета оболочка
получила некоторые повреждения, и стратостат начал быстро
спускаться вниз.
Интересно отметить, что при этом спуске все происходило
вначале так, как, по предположению, ото имело место при
катастрофическом спуске стратостата «Осоавиахим». На высоте
8—9 км веревка, связывавшая горловину оболочки с кабиной,
оборвалась, и нижняя часть оболочки вдавилась внутрь шара.
Однако в противоположность тому, что случилось при спуске
стратостата «Осоавиахим», все стропы «СССР-1 бис» выдержали
и оболочка превратилась в гигантский парашют. Переход от
аэростата к парашюту был так плавен, что пилоты заметили этот
переход только после того, как в оболочке совершенно не осталось
водорода.
Естественно, что спуск в таком состоянии системы стратостата
имел некоторые опасности. Поэтому двум пилотам пришлось
выброситься на парашютах. После этого стратостат плавно
опустился на землю. Сам стратостат не получил првреждений (за
исключением разорвавшейся на высоте оболочки), и все приборы
оказались совершенно целыми.
Полет дал ряд ценнейших измерений, касающихся
интенсивности космической радиации в стратосфере.
6. ПОЛЕТЫ АМЕРИКАНСКИХ СТРАТОСТАТОВ
В 1934 г. была совершена попытка достигнуть рекордной высоты
на стратостате в Америке. Для этой цели был построен
громадный стратостат объемом в 85 000 м3. Стратостат назывался «Экс-
плорер» («Исследователь»). Для выпуска в полет этого гиганта
была выбрана глубокая долина, закрытая от ветров вершинами,
высотой от 90 до 150 м. После наполнения верхушка стратостат
поднималась почти до уровня этих холмов (рис. 66).
Подъем состоялся утром 28 июля. В гондоле стратостата
находились: военные летчики США Стивене (командир), Кеппер
и Андерсон. На ряду с приборами, записывавшими высоту
стратостата, в гондоле находился ряд научных приборов, в том числе
счетчики Гейгера, которые должны были регистрировать
интенсивность космической радиации, спектрограф для изучения
распределенрія озона, фотоаппараты для фотографирования
земной поверхности и пр. Постройка стратостата и его оборудование
были выполнены Воздушным департаментом и Географическим
обществом.
Первая часть полета прошла вполне благополучно.
Стратостат поднялся почти при полном штиле н удачно вышел из
долины. На высоте около 12000 м пилоты, выпустив немного
водорода, задержали подъем для проведения некоторых
исследований. Были пущены в ход счетчики Гейгера.
120

Устройство этих приборов заключается в том, что в стеклянной
трубке (рис. 67) расположены два электрода, к которым
подводится достаточно большая разность потенциалов. Все ионы,
находящиеся в трубке, под действием потенциала переносятся
к электроду противоположного знака.
Каждый перенос вызывает разряд между
Рис. 66. Стратостат «Экснлорер-і» перед
стартом.
Рис. 67. Счетчики
Гейгера для
исследования
интенсивности космических
лучей.
электродами, правда, ничтожной силы.
При ударе космических лучей в газовую
массу трубки в ней образуется один ион,
который и вызывает разряд. Будучи усилен, этот разряд регистр и
руется тем или иным механизмом.
На стратостате «Эксшіорер-1» регистрация производилась при
помощи электромагнита, который, находясь под током, втягивал
в магнитное поле штифт и открывал путь на светочувствительную
бумагу световому лучу лампочки. Таким образом аппарат
регистрировал каждый удар космического луча. Работу механизма
можно было слышать.
У земли удары происходили очень редко: один-два раза в
минуту. На высоте 12 км эти удары заметно участились. При подъеме
121

па еще большую высоту удары стали настолько частыми, что, по
выражению Стивенса, напоминали стучание пишущих машинок
в редакционном бюро.
После остановки на 12 км стратостат начал снова подниматься
вверх. На высоте около 18 000 м стратонавты приготовлялись
сделать новую остановку. Вдруг послышался легкий удар о
верхнюю часть гондолы. Взглянув на оболочку -пилоты увидели,
что удар был вызван падением веревки, подвязывающей аппендикс
стратостата к гондоле. Обрыв веревки был вызван разрывом
материи нижней части оболочки.
О дальнейшем подъеме нечего было и думать. Немедленно
открыли клапан, но прошло около 20 мин., раньше чем сказалось
его действие. В течение этого времени пилоты с напряжением
ожидали своей участи. Если бы клапан отказал, гибель была бы
неминуема. Разрыв в оболочке увеличивался все более и более.
В гондоле наступила мертвая тишина. Были слышны только
тиканье часовых механизмов да стук космических лучей в
счетчиках Гейгера. Майор Кепнер держал руку на рычаге, приво-
аящем в движение громадный парашют, для спуска гондолы
целиком. Наконец, клапан оказал свое действие, и стратостат
начал медленно опускаться.
Временами пилоты сообщали вниз по радио о положении дел
на стратостате. Однако все время они прислушивались к
зловещему шуму разрывов оболочки. Под стратостатом
простиралась коричневая, выжженная солнцем пустыня, далекая от
дорог и жилья. Вставал вопрос не о том, где сделать посадку,
а о том, как ее сделать без аварии.
Над головами в зените виднелось бархатно-черное небо. Стропы,
прикреплявшие гондолу к оболочке, блестели на солнце, как бы
испуская свечение. На фоне темного неба они казались шире,
чем были в действительности. Несмотря на крайне напряженное
состояние, пилоты продолжали обычную работу. Взяли в
стеклянные баллоны пробы воздуха и тщательно закрыли их. Между
тем скорость спуска усиливалась. На высоте около 7000 м открыли
люки. Появились многочисленные разрывы и прорывы в оболочке.
Нижняя часть ее колыхалась в воздухе, и каждое колебание
усиливало разрывы. Наконец, вся нижняя часть оторвалась
и упала (рис. 68). Стратостат превратился в громадный парашют.
Однако он был недостаточно велик, чтобы спокойно опустить на
землю груз, весящий более тонны.
Пилоты начали сбрасывать, балласт, а с высоты 5—6 км на
небольших парашютах и наиболее ценные приборы. Балласт
представлял собой свинец в виде дроби. Во избежание вреда для
людей на земле, балласт выбрасывался, несмотря на крайнюю
спешку, постепенно: мешки открывались и дробь высыпалась.
На высоте около 2000 м было решено выбрасываться на
индивидуальных парашютах. В это время Андерсон находился
наверху гондолы. У него с парашютом произошло осложнение,
U2

Рычаг, открывающий парашют, зацепился за что-то, и материн
парашюта начала раскрываться. Ему ничего не оставалось, как
собрать материю под руки и прыгнуть с парашютом подмышками.
В этот момент произошел взрыв водорода в аэростате. Кабина
начала падать вниз камнем. Стивене, находившийся в этот момент
в гондоле, два раза пытался вылезти из нее, но давление воздуха
прижимало его обратно. Наконец, вынырнув головой вниз,
Рис. 68. Вид оболочки стратостата
«Г)ьтплоре|» при аварии.
Стивене выбросился наружу. Однако и здесь воздух прижал
его к гондоле. Только открывши парашют, он смог оторваться
в сторону и начать спуск. Спуск произошел в штате Небраска,
недалеко от города Кольдредж.
Почти одновременно с ними спустился самолет лейтенанта
Филлипса. Летчик следил за полетом стратостата и, в частности
¦ за спуском, начиная с высоты 7—8 км.
С самолета были сделаны интересные фотоснимки, вплоть до
момента взрыва оболочки и ее падения.
Интересно отметить, что комиссия, обследовавшая причины
аварии, оказалась в чрезвычайно трудном положении. Ам?ри-
9* Ш

канцы — любители редких сувениров -- растащили почти всю
оболочку іі, но веяном случае, основательно разорвали остатки.
Тщательно исследовав причины катастрофы, комиссия заключила,
что начальный разрыв произошел от неправильного
распределения материала оболочки.
Гондола и большинство приборов в ней были разбиты. Однако
приборы, сброшенные на парашютах, дали цепные записи. На
рис. 09 зарегистрирована интенсивность космических лучей,
полученная при помощи электрометров. Наклон белой
линии дает интенсивность
л учен. 11 ромежу ток
времен п (слева направо) от
начала одной линии до
начала другой
соответствует Г) мин. времени. Чем
интенсивнее действуют на
прибор космические лучп.
тем быстрее отходит линия
от начального положения
вниз. Верхняя
регистрация дает представление об
интенсивности
космических лучен v земной
поверхности, средняя — на
высоте около 12 км и
нижняя — на высоте около
.18 км.
Авария при первом
полете не остановила
дальнейших попыток подъема
it стратосферу.
Немедленно после полета Стивене
начинает работы по
постройке нового стратостата еще большего объема. Так как
первый стратостат был застрахован, то потребовалось сравнительно
немного денег на то. чтобы соорудить новую оболочку, гондолу
и научное оборудование.
Новый стратостат имел оболочку около .105 000 м:і, т. е. более
чем л \ ра^а превосходящую оболочку стратостата <<()соавнахпмл
п «CCCLM».
Оболочка была наполнена, во избежание взрыва, гелием.
Для старта была выбрана та же долина, что и для стратостата
«Экспдорер-1». Однако стратонавтов опять преследовали неудачи.
При первой попытке старта 12 июля 1935 г. почти готовая к старту
оболочка стратостата вдруг упала. Оказалось,что разрывное
полотнище раскрылось и выпустило весь запас драгоценного гелия вверх.
Пришлось вводить исправления в систему и ждать хорошей
погоды. Для подъема требовалось, чтобы до высоты 100 м скорость
Ш
1*11.
ЗаписьлраГюров для пегледонанпя
космических лучив.

ветра не превышала 2 лі'сек. Подобные условия могут иметь
место, однако, только в центре области повышенного давления.
Пришлось долгое время выжидать погоду. Только 9 ноября
появились первые благоприятные признаки. Немедленно были
приняты меры к подготовке старта. Ночью при температуре
около —18° началось наполнение оболочки. Однако и здесь едва
не произошла авария. Вследствие складок в оболочке, которые
из-за низкой температуры расходились с большим трудом, в ней
образовался разрыв. Решили заклеить образовавшееся отверстие.
Для этого мастера накрылись частью оболочки и, разогрев
материю в области разрыва при помощи электрических ламп, быстро
и вполне прочно починили разрыв. Только при наполнении
оболочки гелием, безопасным с точки зрения взрыва, можно было
проделать такой опыт.
Наконец, все было готово, и стратостат поднялся. Но едва
успела вершина его выйти из долины, как он начал быстро
опускаться вниз. Пилоты во время заметили опасность и
немедленно выпустили около 400 кг балласта в виде дроби,
засыпав ею толпу, находившуюся на месте старта. Стратостат
прекратил падение и благополучно прошел мимо холмов на краю
долины.
Андерсон приписывает внезапное опускание стратостата
действию нисходящего тока турбулентного воздуха. Подобное
объяснение вряд ли может считаться правильным. К сожалению,
запись метеорографа, поднимавшегося на стратостате, не дает
точных указаний для начала старта, так как прибор, находясь
на земле, не имел надлежащей вентиляции. Анализ записи
и общая ситуация погоды заставляют думать, что при выходе
из долины стратостат попал в зону более теплого воздуха. Это
резко уменьшило его подъемную силу. Действительно, при подъеме
стратостата объемом в 105 000 м3 повышение температуры
окружающего воздуха нз 1°, без соответствующего повышения
температуры газа, должно было вызвать уменьшение подъемной силы
примерно на 400 кг.
Поэтому при взлете в инверсии стратостат должен иметь
свободную подъемную силу из расчета не на температуру в слое
старта, а на температуру в слое инверсии. Благодаря
немедленному выкидыванию балласта опасность падения стратостата
была устранена. Стратостат, прорвавшись сквозь инверсию,
пошел вверх со скоростью около 200 м/мин. На высоте около
5000 м стратонавты задержали подъем для тщательного осмотра
всего оборудования, гондолы и органов управления стратостатом.
Следует особенно отметить эту операцию, как совершенно
необходимую для обеспечения безопасности полета. Именно эта
остановка при полете «Эксплорер-П» позволила пилотам этого
стратостата избежать тяжелой катастрофы» После
тщательного осмотра стратостата пилоты закрыли кабину и, выбросив
некоторое количество балласта, пошли вверх.
125

Максимальная высота в 22 Обо м бы іа достигнута в 10 час.
;>0 мин. утра. Температура наружного воздуха составляла около
—60° Ц. Температура газа в оболочке, равная при достижении
потолка —20°, поднялась за время пребывания на высоте до 0°.
На максимальной высоте стратостат оставался 1 час 30 мин.,
I'ilC. 70. Г.ТрПТПі-Г.'іТ <іП;;!Чі.-|0|Л'|) I г> Г! ЖШСНТ
спусі.а ігипдо.'іа ійм*нулаі:ь аомлиі.
после чего, открыв несколько рал клапан, нилоты заставили
стратостат начать спуск.
Пребывая на максимальной высоте, пилоты ставили вопрос о
дальнейшем подъеме. Но подсчет оставшегося балласта показал, что
его хватит только для безопасного спуска. В течение всего
времени спуска в стратосфере пришлось поддерживать достаточную
скорость снижения. Для атого открывали клапан, но перегрен
газа не исчезал, а стратостат имел большой запас устойчивости.
При входе же в тропосферу снижение начало ускоряться.
Пришлось выбрасывав ь балла-, г, чтобы удерж.иь скорость описка
12і»

в пределах безопасности. Было выброшено около 900 кг балласта,
и в гондоле при спуске оставалось еще около полтонны запаса.
Находясь на высоте около 6000 м, стратонавты открыли люки
гондолы, а с высоты около 3500 м постепенно уменьшили скорость
снижения.
Опустившись до 700 м они довели скорость снижения до
минимальных значений, пока гайдроп не коснулся земли. После этого
снижение было прекращено, и стратостат подвигался горизон-
Рис. 71. Оболочка стратостата «Эксшюрер-Н»
после спуска (газ выпускается).
тально, отыскивая подходящую посадочную площадку. Посадка
была выполнена на поле, вдали от деревьев, и прошла вполне
благополучно. В момент приземления было открыто разрывное
приспособление, и оболочка, выпустив гелий, плавно
распласталась по земле.
На рис. 70 и 71 приведены последние стадии спуска стратостата.
Несмотря на гигантские размеры оболочки, все операции прошли
удачно; повреждений оборудования и самого стратостата не было.
Следует считать, что все операции пилотирования при этом
полете были проведены с исключительным мастерством и точно
в соответствии с необходимыми требованиями. Андерсон дал
127

подробное описание всех деталей полета. Оно может служить
прекрасным пособием и руководством для будущих полетов.
Каковы же научные результаты этого полета?
В программу научных изысканий входило: исследовать
космическую радиацию, проводимость воздуха, распределение озона,
проанализировать состав воздуха в стратосфере, солнечную
радиацию и проследить нахождение микроорганизмов в стратосфере.
Аппаратура для исследования космических лучей позволила
определить число ударов лучей, падающих не только отвесно,
но и под углами в 30, 60, 80 и 90° к вертикали. Записи приборов,
по исследованиям Свана, Лохера и Дэнфортса, показали, что
число вертикальных лучей постепенно возрастает с высотой
до 16 400 м, где достигается максимум, равный 51-кратной
интенсивности лучей у земной поверхности. Выше интенсивность лучей
падает. На максимальной высоте подъема в 22 000 м она достигла
41-кратной интенсивности лучей у земной поверхности. Это
указывает на то, что космические лучи с большим запасом энергии
ударяются о молекулы воздуха в верхних слоях атмосферы и
вызывают вторичные лучи. Выше 17000 м уменьшается плотность
воздуха и число вторичных лучей падает. Ниже 16 000 м общая
радиация первичных и вторичных лучей начинает ослабевать.
Она поглощается в сравнительно плотных слоях атмосферы.
Интенсивность лучей, идущих горизонтально, у земной
поверхности ничтожна сравнительно с вертикальными лучами.
Атмосфера их усиленно поглощает. На высоте около 12 000 м
количество горизонтальных лучей составляет уже 20%
вертикальных. На максимальной же высоте полета 22 000 м
количество горизонтальных и вертикальных лучей становится
приблизительно одинаковым. Это объясняется тем, что частички лучей
совершают криволинейный путь под действием магнитного поля
Земли.
Кроме специальных счетчиков, для исследования космических
лучей во время полета на «Эксплорере» была применена обычная
фотографическая пластинка. Частички лучей, проходя сквозь
эмульсию пластинки, оставляли след, который можно было
изучить под микроскопом. Подробные исследования,
произведенные Вилкинсом, привели к заключению, что частички
космических лучей оставляли на пластинке след, проходя через 350 зерен.
Между тем, а-луч радия С19 имеющий энергию, измеряемую
в 8 000 000 электрон-вольт (т. е. энергию, которую получает
электрон, проходя путь между точками, разность потенциалов
которой составляет 8000 000 вольт), оставляет на эмульсии след,
длиной в 33 зерна. Таким образом энергия частичек космических
лучей оказалась, примерно, в 11 раз большей, чем а-лучей.
Проводимость воздуха исследовалась в стратосфере впервые
при полете «Эксплорера». Оказалось, что на высоте 16 500 м
проводимость меньше, чем можно было ожидать по интенсивности
космической радиации на этих высотах. На высоте 22 000 м про-
128

80
60Л
I
^20\
водимость оказалась в 50 раз больше, чем у земной поверхности.
Максимум проводимости получился, однако, при спуске, н^
высоте около 18 300 м. Там она была в 81 раз больше, чем у земли.
По мнению исследователей, данные, полученные при' спуске.
заслуживают больше доверия, так как при.подъеме в приборы
мог попасть воздух, частично испорченный влиянием
громадной массы баллона. Но даже если принять во.внимание
максимальные значения проводимости, по мнению производивших
обработку записей Гиша и Вермана, нет оснований ожидать, что
отражение радиоволн может происходить па высотах от 5 до 15 км,
как это предполагали некоторые другие авторы.
Определения отрицательной и положительной проводимости
показали, что отношение этих проводимостей, в пределах точности
наблюдений, осталось на всех
высотах приблизительно постоянным.
Как' отмечают авторы, детальное
исследование соотношения
проводимостей представляет интерес, так
как оно зависит от влажности
воздуха. Так, Грифитс и Оберри
показали, что подвижность
отрицательных ионов уменьшается на
\ 8% при изменении влажности от
О до 100%. Подвижность
положительных ионов не зависит от
влажности при обычных, не слишком
малых ее значениях. Таким
образом можно было бы ожидать, что
отношение положительной
проводимости к отрицательной должно
увеличиться с высотой в связи с
уменьшением влажности.
Величина этого изменения лежала, однако, в пределах точности
измерений, произведенных в данном полете. Поэтому особый интерес
представляет организация более тщательных исследований
данного элемента с тем, чтобы получить представление об изменении
содержания водяных паров в связи с высотой. Непосредственное
измерение содержания .паров при низких температурах
представляется чрезвычайно трудным.
Измерения проводимости во время полета совместно с данными
о плотности электрического тока у земной поверхности, при
некоторых допущениях, позволили определить, как
распределяется потенциал воздушных слоев относительно земной
поверхности. Результаты таких подсчетов приведены на рис. 72. Из-
диаграммы видно, что наибольшее возрастание потенциала
наблюдается в нижних слоях. С высотой оно замедляется и
постепенно подходит к значению около 400 000 вольт в верхних слоях
атмосферы (вернее, в ионосфере — слое Хивисайда).
і2\)
__в-*^
s/to
' J/4-
</2 -
1/4-
9 100 200 300 400
Оотенц относит зеши в kv
20
15
?
°о
tot
3
5
О
ffL-t
Рис. 72. Ход электрического
потенциала с высотой.

При полете «Эксплорера-П» исследовали содержание озона,
шзучая спектр солнечного сияния. Оказалось, что до высоты
15 600 м содержание озона незначительно; выше — содержание
-его быстро возросло. На высоте около 22 000 м почти 25% всего
содержания озона в атмосфере находилось в зоне ниже
стратостата. Эти данные находятся в общем согласии с данными проф.
Регенера, полученными при пуске шаров-зондов (см. рис. 33).
Содержание кислорода и углекислоты на высоте, по
исследованию проб, взятых при полете, оказалось равным в %:
Таблица 8
Газ (в % к объему
воздуха)
На высоте
21.5 км
0.029 + 0 002
20.895 ±0 003
У земной
поверхности
0.03
20.93—20.95
Эти данные показывают, что, начиная с высоты 18—20 км,
«содержание кислорода начинает убывать. На высоте 21.5 км это
убывание дает сравнительно незначительное уменьшение. Можно
заключить, что высота перемешивания, поддерживающего
постоянный состав воздуха, простирается до высоты 15—16 км.
-Это тоже полностью соответствует данным, полученным несколько
•позже проф. Регенером, исследовавшим пробы воздуха, взятые
автоматическим методом (гл. IV, разд. 1).
Исследования солнечного света фотоэлектрическим методом
показали, что на максимальной высоте подъема баллона яркость
¦солнечного диска была в зените баллона всего на 2% меньше
-той, которую баллон имел бы на границе атмосферы (200 000 све-
'Чей на 1 см2). Яркость земной поверхности составила около
.21 свечи на 1 см2. Яркость неба под углом в 52° от зенита составила
на высоте 22 км всего 5% яркости того же участка при наблюдении
с земной поверхности.
Интересные исследования были 'поставлены над
микроорганизмами в стратосфере. Для'этой цели с максимальной высоты
•был сброшен особый аппарат. Раскрывшись в начале падения,
он автоматически собирал микроорганизмы и на высоте около
11 км автоматически закрывался. В приборе были найдены
живыми 5 бактерий и 5 спор плесени.Таким образом доказано, что
живые организмы могут существовать даже в стратосфере,
хотя и в ничтожных количествах.
Приведенные выше краткие результаты показывают, что полет
«стратостата «Эксплорер-П» дал ряд чрезвычайно ценных
материалов. И все-таки гораздо больший материал был получен при
-помощи автоматических методов. Последние имеют несомненное
^преимущество. Благодаря дешевизне и простоте своего
технического снаряжения они могут применяться значительно чаще,
.но

чем полет на стратостате. Поэтому в последние годы широко
применялся и метод автоматических стратостатов.
Идея автоматических стратостатов заключается в том, чтобы
все исследования, входящие в программу полетов на обычных
стратостатах, производились при помощи автоматических
приборов, поднимаемых на шарах или связке шаров. В настоящее
время почти полностью автоматизированы исследования
температуры, давления, влажности воздуха, космической радиации,
состава воздуха и забор микроорганизмов. Наибольшее значение
имеют приборы, которые не только регистрируют, но и передают
по радио во время полета даннйе измерений на землю.
Из автоматических приборов для исследования космических
лучей, помимо зондов и радиозондов, прежде всего следует
отметить прибор С. Н. Вернова, построенный на принципе
радиозонда. Сущность прибора заключается в следующем. Замыкания
тока в счетчиках Гейгера вызываются ударом частичек
космических лучей. Эти замыкания усиливаются двухкаскадным
усилителем и передаются отсюда на реле. Последнее замыкает анодный
ток передатчика радиозонда, передающего каждый такой удар
на землю по радио.
Для определения высоты, к которой относятся сигналы,
используются переключения сигналов от двух счетчиков одновременно
на сигналы от одного счетчика (или переключения от счетчика
малого размера на счетчик большого размера) при помощи
приспособления, применяемого в радиозондах системы автора,
служащих для передачи сигналов давления. Перо, связанное с
коробкой давления, перемещаясь по гребенке, производит
указанные переключения, по моментам начала и конца которых
определяется величина давления в различные моменты подъема
прибора. Первый успешный выпуск такого прибора был произведен
в Институте аэрологии. Он дал вполне четкие данные до
максимальной высоты подъема в 12 000 м.
В 1936 г. Институт аэрологии совместно с Академией Наук
выпустил серию приборов Вернова в Ереване для исследования
широтного эффекта. Последний заключается в том, что магнитное
поле влияет на летящие зарященные частички. В результате
последние должны сгущаться в полярных районах. Вследствие
этого интенсивность космических лучей должна по мере удаления
от полюсов и приближения к магнитному экватору постепенно
убывать.
Подъемы в Ереване производились по разработанной автором
системе связанных шаров на эластичных подвязках. Удалось
получить* максимальную высоту подъема до 22 000 м. Данные,
полученные в этих подъемах, с несомненностью подтвердили
наличие широтного эффекта. Он выразился в четырехкратном
ослаблении интенсивности космической радиации над Ереваном по
сравнению с интенсивностью, полученной в северных точках
(см. рис. 33).
131

В 1938 г. С. Н. Вернов произвел несколько подъемов своих
приборов в районе магнитного экватора, также подтвердивших
наличие широтного эффекта. Существование этого эффекта
подтверждает наличие в составе космических лучей частичек,
заряженных электричеством и с громадной скоростью влетающих
в нашу атмосферу. Если бы лучи представляли волновой
процесс, то магнитное поле Земли не производило бы никакого
влияния на них. Широтный эффект отсутствовал бы.
Исследования космических лучей при помощи автоматического
метода производились в большом масштабе проф. Регенером,
который применил для этой цели фотографирование показаний
приборов, измеряющих действие космической радиации. Тот
же ученый получил ряд подъемов для исследования солнечного
спектра, для определения содержания озона. Наконец, Регенер
получил пробы воздуха также при помощи автоматических
приборов с высот до 28 км. Результаты исследований Регенера были
приведены в соответствующих местах настоящей книги.
Во всяком случае, данные автоматических стратостатов в
настоящее время и по количеству, и по качеству дают значительно
более ценный материал, чем тот, который был получен на
обычных стратостатах. Однако есть масса исследований, не
допускающих автоматизации. Поэтому ценность полетов стратостатов
очень велика. Но на ряду с ними следует способствовать развитию
и автоматизированных методов исследования стратосферы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
УЧЕНИЕ О ПОГОДЕ НА СЛУЖБЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА
Как мы уже видели ранее, погода имеет громадное значение
для народного хозяйства. Если своевременно предупредить
надвигающееся катастрофическое явление, можно избежать траты
средств, потери материальных ценностей и даже человеческих
жизней, В чем же должна заключаться служба погоды? Она
разбивается на климатологию,, информацию и прогнозы.
Климатология дает разносторонние описания условий погоды
на основании многолетних наблюдений. Она выясняет
особенности климата и повторяемость гроз, метелей, штормов, осадков,
засухи и пр. для каждого отдельного района. Информация о
погоде дает подробные указания о состоянии погоды в различных
участках в определенный момент, наиболее близкий к моменту
дачи информации. Прогноз дает указания о возможных
изменениях погоды в ближайшие сутки.
Все три вида службы погоды основаны на работе сети
метеорологических и аэрологических станций. В настоящее время сеть
таких станций раскинута по всему миру. Все эти станции
производят наблюдения над состоянием пбгоды в определенные так
называемые синоптические сроки, а именно: в 1, 7, gL3 и 19 час.
Результаты этих наблюдений в зашифрованном виде передаются
в центральные бюро погоды, которые наносят их при помощи
условных обозначений на карту. Полученная картина
распределения погоды служит отправным моментом для всех
дальнейших работ. На основании такой карты дается информация о
состоянии погоды на том или ином участке.
Для отдельных районов составляются детальные карты,
имеющие более густую сеть пунктов, в том числе и таких, которые
производят только бесприборные наблюдения за состоянием
погоды. Если летчик вылетает по какому-либо маршруту, то,
очевидно, знание им наперед состояния погоды на пути полета
позволит ему заблаговременно принять меры предосторожности,
облететь «опасные участки и т. д. В связи с большой скоростью
воздушного-транспорта при его обслуживании необходимо иметь
данные о состоянии погоды в наиболее близйие ко времени
133

вылета моменты. Поэтому для воздушного транспорта введены
дополнительные наблюдения, которые производятся ежечасно.
Имея последовательные синоптические карты, с нанесенными на
них районами осадков, облачности, шквалов, гроз и пр., нетрудно
определить перемещение этих областей в течение каждого часа
и составить предположения о дальнейших перемещениях этих
областей. Таким путем составляются так называемое
предупреждения об изменениях погоды на ближайшие сроки (6—8 час.
вперед). Подобные предупреждения имеют достаточно большую
точность и приносят громадную пользу народному хозяйству.
Для составления прогноза на более долгий срок вперед
необходимо иметь синоптические карты по возможности большого
района и применять более сложные, хотя и менее точные методы.
Основным методом служит определение перемещения областей
циклонов и антициклонов, фронтов, воздушных масс и пр. за
предшествующие сутки и составление предположения о
дальнейшем перемещении их. Наиболее легко задача решается в тех
случаях, когда движения указанных областей совершаются
достаточно просто и не встречают каких-либо препятствий. В таких
случаях, продолжив предшествующее их перемещение
наследующие сутки, можно получить представление о возможной картине
строения синоптической карты будущего дня, а отсюда и о
возможных условиях погоды.
Значительно сложнее складывается обстанбвка, когда
перемещающаяся область изменяется по своему строению или
встречает те или иные препятствия на своем пути. Оценка изменений
и роли препятствий очень трудна, соответственно чему и
составляемый прогноз становится менее уверенным. Наименее точный
прогноз будет в тех условиях, когда синоптическое положение
данного дня недостаточно ясно определено. Естественно, что
какие-либо предположения о будущих изменениях этого неясного
даже в данный момент положения будут иметь весьма малую оправ-
дываемос;ть. В таких случаях прогнозист должен отказаться от
составления прогноза и выждать более определенной
ситуации.
Разделение прогнозов на три разряда уже давно практикуется,
например, в английской службе погоды. К сожалению, этот
пример не везде принимается, и ряд служб погоды опубликовывает
прогнозы без разделения их по степени вероятности.
Естественно, что средняя оправдываемость таких прогнозов очень
невелика. Главная же опасность такого приема заключается в том,
что вполне хорошие и точные прогнозы пропадают среди менее
точных, а иногда и совершенно необоснованных. Прогнозы на
срок в несколько дней и на более долгие сроки, разумеется, еще
более трудны, чем прогнозы на следующий день. Составление
таких прогнозов может производиться только при наличии вполне
сложившейся обстановки, когда наметился тот или иной
достаточно глубокий процесс изменения состояния погоды на большом
134

участке. Хорошие результаты в dtom направлении получила школг»
проф. Б, П. Мультаноізского, составляющая прунозы на 5—7дней,
на так называемый естественный период.
Прогнозы на более долгие сроки, на месяц и более, до сих
пор не имеют сколько-нибудь разработанной базы. Чаще всего»
такого рода прогнозы имеют скрытую климатологическую базу
и как таковые они должны оцениваться ниже, чем
непосредственно климатологические данные. Последние указывают не
только на среднее состояние того или иного элемента для
данного периода и района, но и на повторяемость отклонений от
этих средних, в частности таких, которые, как засуха,
дождливый период, морозы и пр., имеют большое значение для народного
хозяйства. При этом в некоторых случаях климатология может
выделить ряд явлений, повторяемость которых близка или
к 100%, или к 0%. В обоих случаях констатация этого
обстоятельства дает в руки хозяйственнику основания для направления
своей отрасли. Если же повторяемость явления оказывается
меньше 90% (или, что то же, оправдываемость прогноза такого
явления меньше 90%), то обязанность всех хозяйственных
организаций заключается в том, чтобы учитывать не только наиболее
вероятные состояния погоды, но обязательно возможность таких,
которые могут оказаться вредными в тех или иных отношениях.
Например, если вероятность метели для данного участка
составляет хотя бы всего 15—20%, обязанностью соответствующих
организаций является принятие всех мер, которые позволят
ликвидировать последствия возможного развития метели.
Последние годы в истории науки о погоде отмечены весьма
* крупными успехами. Широко развиваются исследования
атмосферы при помощи радиозондов, самолетов и пр. Широко
развивается сеть метеорологических станций. Советское
Правительство обеспечило максимально благоприятные условия для
развития науки о погоде. Обязанность каждого работника службы
погоды — приложить все усилия для того, чтобы качество этой
службы^ее значение в обслуживании народного хозяйства и
обороны страны встали на уровень, соответствующий развитию
науки и техники в Советском Союзе.
Значение службы погоды особенно ярко проявилось при
обслуживании замечательных перелетов советских летчиков в
Арктике. В течение летнего сезона 1937 г. советская авиация выполнила
ряд замечательных операций. Первая из них, проведенная поя
руководством Героя Советского Союза академика О. Ю. Шмидта,
произвела высадку воздушного десанта на Северный Полюс, где-
была организована дрейфующая метеорологическая станция.
Группа героев науки, ныне Героев Советского Союза—тт. Папанинг
Кренкель, Ширшов и Федоров — в течение девяти месяцев провела
на дрейфующей льдине исключительно важные научные
исследования состояния льдов, их дрейфа, глубин океана, состояния
магнитных элементов, силы тяжести и, наконец, состояния погоды.
135

Данные дрейфующей экспедиции оказались особенно ценными
для трансарктических перелетов советских самолетов в Америку.
Благодаря подробным сведениям о состоянии погоды на пути
перелета наши героические летчики легко преодолели трудности
арктического перелета и выполнили исключительные по красоте
и технике операции, побив мировой рекорд дальности.
Успехи советской авиации заставляют и работников в области
исследования атмосферы удвоить, утроить свои усилия, чтобы
•оказаться на высоте требований, которые предъявляет к ним
новая советская техника.
Редактор издания В. А. Шишаков
Технический редактор В. М. Юрова Корректор Л. Г. Афанасьева
Сдано в напор 26/П 1938 г. Подписано к печаги 4/JX 1938 г. Формат 60 X 92 */1ь. Объем 8.5 п. л.
В 1 и. л. 45Л2 печ. зн , уч -авт. 8 44. Тираж 12000 экз. У ноли. Главчгга № B-427rf8. А.НИ № 923,
РИСО К" GG6. Заказ Х° 919. Цена 2 р. 75 к., переплег 1 руб.
1-я Обр ізцовая типография Огиза РСФСР треста „Полиграфкнига", Москва, Валовая, 28.

ОПЕЧАТКИ
стр. строка напечатано следует читать
6 14 сверху астромических астрономических
49 5 сверху (20 вольт) (2 0 вольт)
112 21 сверху Борнбаум Бирнбаум
Молчанов. Атмосфера,