Прогноз по Солнцу?
16.06.2022
О методе А.В. Дьякова — методе Энергетической климатологии.
«Я рассматриваю в первую очередь периодические колебания энергии неустойчивых атмосферных потоков, а давление как функцию, подчиненную энергии. Метеорологи же (в смысле — другие метеорологи…), исходя из уравнений гидродинамики, все внимание сосредоточили на давлении, а энергия в их работах играет второстепенную роль. Это-то и приводит к плохому качеству их прогнозирования» (А.В. Дьяков)
Анатолий Витальевич Дьяков (1911-1985) — астроном, геофизик, метеоролог, — был известен своими точными прогнозами погоды. Прогнозы он составлял, как писали журналисты, — «по Солнцу».
Но суть метода Дьякова – метода Энергетической Климатологии — была не в использовании солнечной активности для прогнозирования погоды. Не в этом. Даже если бы на Солнце не было пятен — не было бы никакой активности-переменности, а полная стабильность, — даже и тогда метод Дьякова давал бы более точные прогнозы.
В чём же суть?
Сегодняшняя погода — это следствие каких-то процессов, происходивших вчера, позавчера, на той неделе… Сегодняшние температура, давление, осадки — это всё следствия. Чтобы прогнозировать следствия, необходимо знать их причину, изучить причинно-следственную связь. А.В. Дьяков эту причину нашел, причинно-следственную связь изучил, и прогнозы у него стали получаться! «Законодательной базой» его метода стали наиболее важные выводы из трудов Элеоноры Севериновны Лир, которые Дьяков назвал Законами атмосферной циркуляции Э.С. Лир, имеющие, как он считал, характер ЗАКОНОВ ПРИРОДЫ (см. выпуск от 31.05.2022).
Дьяков поставил технологию прогнозирования на ноги — он строит прогноз правильно, последовательно: от причины к следствию. Дó него она, эта технология, стояла ВВЕРХ НОГАМИ. До Дьякова метеорологи не занимались, не интересовались тем, какие причины вызывают погодные явления, занимались только следствиями: циклонами-антициклонами (что, правда, было достаточно для составления прогнозов «на завтра-послезавтра»). Но если не знать причину явления, трудно его, явление, прогнозировать. Естественно, что сбываемость официальных долгосрочных прогнозов была низкой. А Дьяков, с помощью Элеоноры Лир, нашел и изучил причину, порождающую циклоны-антициклоны, «управляющую» ими; он отследил всю причинно-следственную цепочку «созревания» определенных погодных явлений в определенном физико-географическом регионе.
Вот что писала Э. Лир в 1936 году: «Неравномерность распределения плотностей в атмосфере может быть в такой же мере причиной циркуляции большого порядка, как и следствием её. В этой концепции совершенно меняется существовавшее в метеорологии представление о причинах уплотнения и разрежения воздуха в циклонах и антициклонах.
Изменения состояния по вертикали играют большую роль в атмосферных процессах, но их значение велико только в циркуляциях 3-го порядка (так Э.Лир называет циркуляцию в циклонах-антициклонах), а также в процессах ещё более частных значений (исходя из представления о барическом поле, «действие» которого ограничивается его собственными пределами). Механизмы же большой циркуляции, связывающие очень удаленные друг от друга по горизонтали части атмосферы, и объединяющие в одно целое не только циркуляцию одного полушария, но и общепланетарное движение воздуха, естественно должны быть связаны с переносами воздуха преимущественно в горизонтальном плане. Не будет большим преувеличением сказать, что влияние горизонтальных переносов для циркуляции большого порядка во столько же раз больше вертикальных, во сколько раз больше их относительные размеры. Эта же форма циркуляции, требуя для своего развития довольно больших периодов времени, открывает возможности для установления связей и во времени, то есть является путём для научного разрешения проблемы долгосрочного прогноза погоды».
Опираясь на исследования Э. Лир и на свои многолетние наблюдения, А.В. Дьяков сформулировал 2-е Положение Энергетической Климатологии: основную роль в процессах обмена масс воздуха в больших циркуляциях играют температурные контрасты в горизонтальных направлениях.
По мнению Дьякова, неудачи метеорологов в вопросе предвидения погоды на длительные сроки имеют корень в том, что они основывают все свои соображения на эволюции и перемещениях только барических полей, считая, что между последними и потоками воздуха существует во времени адекватная взаимозависимость. Однако из глубокого изучения атмосферы следует, что это положение не имеет места. Потоки воздуха являются основными носителями энергии в атмосфере и представляют собой наиболее важные объекты её жизни. Поток воздуха может несравненно быстрее деформировать связанное с ним поле давления, чем это последнее подействует на него самого. Элеонорой Лир по этому вопросу написана гениальная фраза: «Каждый воздушный поток является организатором полей плотностей (области депрессии и области компрессии) и, следовательно, определяет возникновение различно направленных градиентов. Этим самым он индуцирует возникновение новых потоков или изменяет направление уже существующих. Так создаётся круговая зависимость и связь между всеми поступательными переносами и обнаруживается единство развития частных циркуляций».
Работы Э.С. Лир доказали, что высотный воздушный поток предопределяет во времени изменения барического поля как внизу, так и в средних слоях тропосферы. То есть поток «главнее», первичнее полей давления. Скорость потока, а отсюда и энергия его, более лабильны, чем напряжение барического поля (циклоны-антициклоны). Кроме того, потоки воздуха в атмосфере, как установил Дьяков, могут принимать энергию Солнца, минуя тепловые соотношения (см. ниже). Весь ход развития механизмов циркуляции атмосферы определяется сочетанием и взаимодействием в первую очередь потоков воздуха, а уже во вторую соотношением полей плотности последнего. Как говорил Дьяков: «структура термобарического поля должна послужить тоже важным, но вторичным фактором, так как и она оказывает влияние на процессы циркуляции атмосферы, однако не решающее».
Если «другие» метеорологи видят на синоптических картах только циклоны-антициклоны – причём только тогда, когда те уже «родились» и стали видны, то Дьяков, вслед за Элеонорой Лир, видит на той же синоптической карте воздушные потоки, которые породили и эти циклоны-антициклоны, которые уже видны, и дадут им, или не дадут, дополнительную энергию, и породят, своей энергией, новые циклоны – которых никто ещё не видит (кроме Дьякова)… А зависит энергия потоков от разности температур тех участков местности, которые «обмениваются» потоками (Дьяков сумел преобразовать уравнение Сандстрема для интеграла энергии атмосферной циркуляции таким образом, что главным аргументом в нём стала разность температур участков местности, а не температур потоков воздуха). Зная эту разность температур — а это не секретно, — можно рассчитать «сейчашечную» энергию потока (плюс учет дополнительного фактора — солнечной активности на нужную дату) – и получаем основание для прогноза об усилении или ослаблении существующих циклонов-антициклонов, а также о возможности зарождения новых барических полей в новых местах по ходу потока, — что и требуется знать для долгосрочного прогнозирования.
Другое открытие Дьякова: он открыл дополнительный источник энергии циркуляции атмосферы. Он открыл такой источник энергии, который заставляет атмосферу буйствовать, «выходить из себя». Дьяков открыл, что главным «возмутителем погоды» является не тепловое, или лучевое, воздействие Солнца (за которое «отвечает» солнечная постоянная), а – электрическое, за которое «отвечает» солнечный ветер, его «порывы» и «шторма». Именно они обусловливают «подключение» сил магнитного поля Земли к перемещению воздушных масс, что увеличивает мощность и вызывает изменение направления ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ.
То есть, сущность его метода — приоритет воздушного потока, его ЭНЕРГИИ. А энергия солнечной активности – это дополнительный фактор, которого могло и не быть…
Задача перед Дьяковым стояла такая: перейти от температуры воздуха, доступной измерениям, к недоступной для измерений (и «не интересной» для обывателя) энергии воздушных потоков, вызывающих погодные явления и их аномалии (очень важных для обывателя); научиться пересчитывать тепловую энергию в механическую — кинетическую энергию потоков. От известного — к неизвестному, от простого — к сложному и обратно: по известным измеренным изменениям температуры вычислить соответствующее изменение энергии потоков воздуха, приводящее к новым погодным явлениям, и по этому изменению энергии циркуляции атмосферы вычислить новые значения температуры и других метеопараметров — составить прогноз!
КАК это было сделано?
А.В. Дьяков не случайно называл себя «Дела Элеоноры Лир идейный наследник — Дэллин». Он последовательно претворяет в жизнь, в практику прогнозов идеи Элеоноры Севериновны Лир. В публикации от 1937 года (Метеорология и Гидрология, №2) Э. Лир высказывается о долгосрочном прогнозировании так: «Определяется единственно возможный научный путь для разрешения проблемы долгосрочного прогноза. Изучение генезиса частных циркуляций, их связей и последовательности должно привести к установлению физических закономерностей, которые могут быть использованы для «экстраполяции» различных состояний атмосферы. Совершенно недопустимыми следует считать исследования, имевшие целью СОЗДАНИЕ МЕТОДОВ долгосрочных прогнозов. Эти методы нельзя изобретать, они обнаружатся, когда генезис частных циркуляций атмосферы будет изучен…».
Именно такой подход и принес успех А.В. Дьякову. Сначала он изучает частную, в определенном физико-географическом регионе (Западная Сибирь и Северный Казахстан) циркуляцию атмосферы — на основе метеоданных за много-много (≈ 50) лет. В результате этого изучения Дьяков находит определенные физические закономерности, сформировавшиеся в атмосферной жизни региона за этот длительный промежуток времени. Эти закономерности однозначно указывали на то, что циркуляция атмосферы (изменения её ЭНЕРГИИ) подчиняется не только годовому циклу (времена года), но и 11-летнему циклу солнечной активности. То есть, он исследует (а затем и прогнозирует) погоду через ЭНЕРГИЮ: ЭНЕРГИЮ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ — ЭНЕРГИЮ ЦИРКУЛЯЦИИ, через ЕЁ КОЛЕБАНИЯ. И свой метод Дьяков назвал методом Энергетической климатологии, — поскольку он основан на знании закономерностей колебания энергии циркуляции атмосферы за очень длительный – климатологический – период.
Для описания обнаруженных им закономерностей Дьяков «конструирует» эмпирическую формулу («климатическую функцию») годового цикла колебания ЭНЕРГИИ частной атмосферной циркуляции, в которой учтены не только тепловое излучение Солнца, но и энергия его активных областей. С помощью этой климатической функции он изучил влияние солнечной активности (вклад её) на колебания метеопараметров для каждого из прошедших лет того периода: сравнивая на каждую дату – на каждый день каждого года — уровень солнечной активности с величиной энергии атмосферной циркуляции. И затем уже использует полученные знания для прогнозирования значения колебаний метеопараметров — на предстоящий период для данной территории.
То есть, его климатическая функция (КФ), описывающая «расходование» энергии (вернее — «скорость расходования») циркуляции в годовом цикле, «усредненном» за много-много лет, — эта КФ позволяет описать и будущее: сезоны, месяцы года и дни, при этом любой новый прогноз, любой новый ряд метеоизмерений дополняет ряд измерений предыдущих лет и служит уточнению данной модели атмосферной жизни…
Основные трудности при составлении метеопрогнозов возникают по той причине, что связи (закономерности) в процессах движений воздуха не выражаются простыми математическими функциями, а носят особый, комбинированный, функционально-статистический характер, причем своеобразный в каждом частном физико-географическом регионе. Для описания таких особых закономерностей атмосферной циркуляции, которые создаются в течение длительного периода времени в частном физико-географическом регионе, Дьяков и применяет понятие климатическая функция. «Дело в том, — говорит Дьяков, — что до сих пор не все учёные признают, что в атмосфере Земли есть закономерности длительного порядка. Между тем, признание и познание этих закономерностей — закономерностей процессов преобразования видов энергии в движения воздуха и воды для определенного физико-географического района, в течение длительного периода времени, — позволяет нам предвидеть колебания таких процессов в течение более коротких промежутков времени (доли года, сезоны, месяцы), раскрывая эти закономерности как фазовые связи климатической функции — такой функции, которая даёт закономерное развертывание процессов в атмосфере и на подстилающей поверхности, в связи с колебаниями в поступлениях энергии Солнца».
Чтобы учесть «особые закономерности атмосферной циркуляции», Дьяков даёт своё, новое, «динамическое» толкование-определение средней многолетней температуры воздуха Ɵm — основной климатологической величины. Это его определение стало Первым Положением его метода – метода Энергетической Климатологии: «средняя температура воздуха за определенный период времени есть статистический интеграл тепловых контрастов в атмосфере и на подстилающей поверхности в нижней части тропосферы, характеризующий состояние динамического равновесия последней», Ɵm = ∫f(dC/dt)dt.
Дьяков применил статистический интеграл — иначе называемый интегралом состояний (или фаз), — потому что он позволяет вычислить, при необходимости, все термодинамические потенциалы — функции метеопараметров (объёма, давления, температуры и др.) исследуемого участка атмосферы. Такой интеграл, вернее сказать — такое динамическое определение средней температуры через статистический интеграл — позволяет учесть то обстоятельство, что процессы в системе «атмосфера — земная поверхность» обладают относительной автономией и не поддаются описанию строго функциональному, а только функционально-статистическому. Этот интеграл тепловых контрастов возникает от многочисленных процессов циркуляции, поэтому, если его продифференцировать, то производная его даст нам возможность представить сами процессы циркуляции (их энергию) как функцию изменения средней температуры воздуха: dƟm/dt = f(dC/dt).
В физико-математических выкладках Дьякова наиболее существенным является то, что наступление экстремумов энергии атмосферной циркуляции (их предвидение-прогнозирование) складывается у него как функция сложная, в которой сочетаются, комбинируются детерминированные связи метеорологических элементов со связями вероятностными, случайными, определяемыми относительной автономией физических процессов системы «атмосфера — подстилающая поверхность». В результате сочетания функциональных и автономных процессов возникает, формируется важнейшая функционально-статистическая закономерность климатической функции. И эту сложную (климатическую) функцию Дьяков не придумывает, он выводит её не теоретически, а из опыта — по результатам практических метеоизмерений на определенной обширной территории за много-много лет.
Дьяков доказал, что такая климатическая функция напрямую зависит от изменений средних температур воздуха. Он сформулировал теорему, названную им фундаментальной теоремой Энергетической Климатологии, — которая устанавливает закономерную связь процессов циркуляции атмосферы с изменениями энергетического сальдо (остатка) последней через изменения средних температур воздуха во времени: Изменения Динамики Циркуляции атмосферы в течение годового метеорологического цикла составляют периодическую функцию от изменений в притоках/потерях тепла в атмосфере и подстилающей поверхности, выражающуюся первой производной средних температур воздуха во времени.
Рассчитав значения климатической функции по средним многолетним значениям температур двух участков местности, которые «обмениваются» потоками воздуха, то есть, получив «среднюю» динамику атмосферы за «средний» год (см. график), Дьяков рассматривает затем реальный, отдельный, конкретный годовой ход атмосферной циркуляции, имеющий естественные отклонения от среднего (аномалии), к примеру, в периоды высокой солнечной активности. Исследуя таким образом годовой цикл атмосферной динамики над Западной Сибирью и Северным Казахстаном, Дьяков в 1942 году обнаружил одно из важнейших соотношений атмосферной жизни, которое он назвал Законом Конца Полярной Ночи. Этому фазовому географическому закону он даёт следующую формулировку (для Северного полушария): состояние динамики циркуляции атмосферы в конце Полярной Ночи (20-30 января) оказывает решающее влияние на последовательный ход развития атмосферных явлений в течение всего данного года. Это время давно известно в народе как наступление «крещенских морозов».
В годы же повышенной солнечной активности фазовый ход климатической функции может так сильно нарушаться, что наступление «крещенских морозов» не скажется вовсе, а вместо них будет развиваться сильная циклоническая деятельность. В этом случае сдвиг фаз хода климатической функции обнаружится в течение всего последующего годового цикла. Развитие погоды будет иметь совершенно аномальный облик в течение всего года. — То есть, климатическая функция обнаруживает определенную фазовую закономерность: сдвиг одной фазы (стадии развития) атмосферных процессов влечёт за собой сдвиг следующей.
Другой пример. В годы нормальных, невозмущенных («средних») соотношений в ходе климатической функции над Западной Сибирью и Северным Казахстаном в июне-месяце должно обнаружиться закономерное усиление антициклогенеза в холодных массах воздуха при северных, северо-западных, а затем северо-восточных ветрах. Это соотношение резко усиливается в годы со слабой западной циркуляцией, совпадающей со слабой активностью Солнца (например, лето 2010), и ослабевает в годы интенсивной западной циркуляции с Атлантики, совпадающей с периодами максимума активности Солнца (лето 2002 и 2012).
Причина здесь в том, что, как установил Дьяков, — при активном Солнце потоки воздуха во всей толще атмосферы Земли получают дополнительную энергию и увеличивают свои скорости (до 50%). Тогда, согласно 1-му закону динамики атмосферы Э. Лир, усиливаются зоны компрессии и депрессии соответственно справа и слева от потоков. При невозмущенном Солнце имеет место обратная картина. Скорости ведущих потоков воздуха в земной атмосфере, не получающих дополнительной энергии от Солнца, ослабевают; в связи с этим слабеют и интенсивности формируемых потоками воздуха полей высокого и низкого давления, справа и слева от последних. Эти факты были уже известны как проявления «закона акцентации барических полей», обнаруженного в начале 1930-х методом корреляции, без рассмотрения физической сущности атмосферной жизни. «Закон акцентации», сформулированный Е.Е. Федоровым и В.Ю. Визе, гласит: в годы максимумов активности Солнца поля низкого давления в циклонических районах углубляются, а в антициклонических районах поля высокого давления одновременно усиливаются, отчего усиливается междуширотный обмен воздухом. Такие аномалии, в соответствии с законами Э. Лир, и должны быть закономерно противоположных знаков на разных, сопряженных друг с другом территориях (расположенных справа и слева от ведущего потока – вот в чём СУТЬ: ПОТОК СОЗДАЁТ СЛЕВА И СПРАВА ОТ СЕБЯ РАЗНУЮ ПОГОДУ!). Повторим это важнейшее положение: разную погоду в сопряженных районах создаёт одна причина — один воздушный поток. Такими сопряженными в климатическом смысле территориями являются, в частности, Западная Сибирь и Европейская территория нашей страны — процессы атмосферной циркуляции над ними связаны обратными соотношениями с чередованием теплых и холодных потоков — как взаимно-компенсационных над данными территориями. Однако даже до настоящего времени метеорологи объединяют Европу с Западной Сибирью, до Енисея, считая, что процессы циркуляции атмосферы на этой территории единообразны. НИКТО не мог понять, как это одна и та же причина (дополнительный приток энергии Солнца) может привести к разным и противоположным следствиям — породив холод и тепло, сформировать одновременно области и высокого, и низкого давления в атмосфере.
«Следует заметить, — говорит А.В. Дьяков, — что необычная и стойкая жара, отсутствие дождей связаны как с максимумом, так и с минимумом солнечной активности. Только районы засушливой погоды бывают разные».
А.В. Дьяков доказал, что атмосфера Земли — рассматриваемая им как автоколебательная система, — подвержена значительным внешним воздействиям, обусловленным, прежде всего, состоянием солнечной активности. В результате эта автоколебательная система перманентно испытывает существенные собственные и вынужденные колебания, как по фазе, так и по амплитуде. Тщательное определение их в предлагаемой А.В. Дьяковым методике и составляет «секрет» его прогноза погоды.
«Разумеется, какую бы методику прогнозирования мы ни приняли, — говорит сам Дьяков, — с течением времени она должна совершенствоваться. Однако, — утверждает (и доказывает!) Анатолий Витальевич, — независимо от этого, значительно более точно прогнозировать погоду на достаточно длительные сроки можно уже сегодня» (Дьяков, 1953г).
Энергетическую климатологию А. Дьякова можно иначе назвать физической, так как прежние климатология и метеорология отличались тем, что были (да и есть, и являются до сих пор) описательными науками, как все науки географического профиля. С Дьяковым же в науку о погоде вошла физика. Вот мнение доктора физико-математических наук Б.И. Сазонова: «Наша метеонаука осталась на уровне 1930-х годов. В ней «правят бал» географы. Они не пускают физику в дела прогнозирования, поскольку её просто не знают. В области исследования солнечно-земных связей мы были впереди американцев, сейчас от них отстали. В основном ведётся исследование атмосферы…».
Конечно, отвечать на вопросы о причинах явлений («откуда?» и «почему?») несколько сложнее, нежели просто описывать явления, «бросающиеся в глаза». Но ведь сколько лет уже люди занимаются «описательством» — стó лет? Тысячу? Десять тысяч лет?… Не пора ли уже перейти к осмыслению описанных явлений и отысканию их причин?…
Итак, что мы имеем: мы имеем эффективный метод прогнозирования погоды, открытый («обнаруженный» — говоря языком Э. Лир) 80 (!) лет назад и испытанный несколькими десятилетиями — 1940-1985гг (!) — на практике… Законы физики, на основании которых А. Дьяков построил свой метод, продолжают «действовать» — никто не может отменить законы физики. Значит и метод Дьякова не может устареть, он продолжает действовать. И его не надо заново «открывать». Его надо изучать и применять. И развивать, естественно, развивать и совершенствовать, — как говорил сам автор метода.
P.S. ЗАКАЗЧИК дал работам Дьякова очень высокую оценку:
«За истекший год (1943) Метеобюро Горной Шории, возглавляемое тов. Дьяковым А.В., проделало следующие работы. Заблаговременно обеспечивало предприятия высококачественными информациями о предстоящей погоде на периоды от 1 до 10 суток и сезонными на 2-2.5 месяца. При этом определения состояний предстоящей погоды оправдывались с ничтожными отклонениями, что способствовало руднику, железнодорожному транспорту и пр. предприятиям заблаговременно принимать эффективные меры для обеспечения производственных планов в условиях непостоянного режима погоды Горной Шории», Гл.инженер рудника Темир-Тау Н.С. Резеда, 1944г.
«Прогнозы погоды, на сезон и декаду, которые мы получаем от Гидрометстанции Темир-Тау, имеют высокую оправдываемость. Сроки потеплений, похолоданий, вредных явлений: штормов, ливней и пр. совпадают в периодных прогнозах тов. Дьякова А.В. с точностью до одних суток. Декадные и семидневные прогнозы оправдываются в подавляющем большинстве случаев. Желательно такое обслуживание и в дальнейшем», Решение комиссии Горного управления КМК от 16 мая 1952 г.
«Используя забытые и непонятные гениальные идеи А.И. Воейкова и Э.С. Лир, а также некоторые достижения гелиофизики, Дьяков получил выдающиеся практические результаты, применяя разработанные им основы новой комплексной методики», Директор Львовской астрономической обсерватории, проф. М.С. Эйгенсон, 1953 г.
Б И Б Л И О Г Р А Ф И Я
1. Дьяков А.В. Предвидение погоды на длительные сроки на энерго-климатической основе. Темир-Тау – Иркутск: 1953-2011. 156 с.