meteorològija (gr. meteōron – atmosferos reiškinys + logos – mokslas), mokslas apie Žemės atmosferą ir joje vykstančius procesus. Meteorologijos objektas – atmosferos cirkuliacija, fizikiniai ir cheminiai procesai ir jų sąveika su sausumos bei vandenynų paviršiumi. Meteorologija remiasi fizikos, matematikos, termodinamikos, hidrodinamikos, chemijos, geografijos, astronomijos žiniomis ir metodais, šiuolaikinėmis matavimo techninėmis priemonėmis ir informacinėmis technologijomis.
Pagrindinės šakos: atmosferos fizika tiria atmosferos sudėtį ir joje vykstančius fizikinius reiškinius, atmosferos chemija tiria atmosferos cheminę sudėtį ir cheminius procesus, eksperimentinė meteorologija nagrinėja matavimų ir eksperimentų atmosferoje metodus, tobulina ir kuria naujus meteorologinius prietaisus, dinaminė meteorologija tiria troposferos ir žemutinės stratosferos dinaminius procesus, kuria skaitmeninius metodus meteorologiniams elementams prognozuoti, sinoptinė meteorologija tiria atmosferos procesus, kurie nulemia orus, ir kuria orų prognozavimo metodus, biometeorologija tiria atmosferoje vykstančių fizikinių ir cheminių procesų poveikį gyviesiems organizmams, taikomoji meteorologija nagrinėja meteorologinės informacijos panaudojimo ir pritaikymo metodus įvairiose žmogaus veiklos srityse ir technikoje (pvz., aviacinė meteorologija, žemės ūkio meteorologija, arba agrometeorologija, medicininė meteorologija, transporto, statybos, karinė meteorologija).
mokslininkai leidžia helio balioną (kas 15 minučių bus registruojama stratosferos temperatūra ir slėgis)
Klimatologija tiria Žemės klimatą, jį lemiančius veiksnius, klimato tipus ir kaitą (išsirutuliojo iš geografijos ir meteorologijos, priskiriama ir fizinės geografijos mokslų kompleksui).
automatinė meteorologijos stotis Petermanno ledyne (Grenlandija)
Pagal tyrimų objektą meteorologija dar skirstoma į aerologiją (tiria meteorologinius reiškinius ir procesus laisvoje atmosferoje aukščiau kaip 1000 m), aeronomiją (tiria atmosferos sluoksnius, esančius aukščiau stratosferos), mikrometeorologiją (tiria atmosferos paribio sluoksnyje vykstančius procesus ir trumpalaikes meteorologinių elementų fliuktuacijas), jūrinę meteorologiją (tiria meteorologinius reiškinius ir procesus jūrose bei vandenynuose, vandenynų ir atmosferos sąveiką), kalnų meteorologiją (tiria meteorologinius reiškinius ir procesus kalnuose), ledynų meteorologiją, poliarinę meteorologiją, tropinę (tropinės ir ekvatorinės geografinės juostos) meteorologiją. Pagal eksperimentinę ir matavimų techniką skiriama: palydovinė meteorologija – iš dirbtinių Žemės palydovų matuojami meteorologiniai elementai atmosferoje ir žemės paviršiuje, tiriami globalaus masto atmosferos procesai; radarų meteorologija – meteorologiniais radiolokatoriais ir Dopplerio radarais stebimi ir tiriami žemutinių atmosferos sluoksnių reiškiniai (krituliai, debesų struktūra, tornadai ir kita).
Dalis kiekybinių meteorologinių kintamųjų yra skaliarai, turintys tik dydį ir išreikšti skaičiumi. Kiti kintamieji yra vektoriai; jiems atstovauja 3 skaičiai, teikiantys informaciją apie jų dydį, tenkantį skirtingoms dedamosioms. Stačiakampėje koordinačių sistemoje šios dedamosios rodo kintamojo dydį 3 kryptimis statmenose viena kitai ašyse. Kiekvienas meteorologinis kintamasis, kaip ir konstantos, turi savo dimensijas ar matavimo vienetus. Nors yra keletas vienetų sistemų, dauguma meteorologinių kintamųjų (elementų ar parametrų) turi unifikuotus vienetus, kad būtų galima juos taikyti skaičiavimams, pvz., atstumas metrais (m), slėgis paskaliais ar hektopaskaliais (Pa, hPa), temperatūra Kelvino arba Celsijaus laipsniais (°K, °C). Kai kuriose šalyse operatyvinėje prognostinėje veikloje meteorologiniams matavimams ir skaičiavimams naudojami nestandartiniai vienetai: mazgai (kt) – vėjo greičiui apibūdinti, pėdos (f) – debesų apatinei ribai nustatyti, milibarai (mb) – atmosferos slėgiui matuoti.
Istorija
Meteorologijos ištakos siekia senovės Egipto ir Babilono laikus; ten klostėsi astrometeorologinis gamtos reiškinių suvokimas (orų reiškinius valdo žvaigždės, planetos ir dievai). 12–13 a. pr. Kr. Šiaurės rytų Kinijoje buvo matuojamas oro drėgnis (lyginant ore palaikytų medžio anglių svorį su prieš tai buvusiu jų svoriu) ir krituliai. 4 a. pr. Kr. Indijoje filosofai analizavo debesų susidarymą, kritulių sezoniškumą; pradėta matuoti kritulius. 200 pr. Kr.–200 po Kr. krituliai buvo matuojami ir Palestinoje. Senovės graikų filosofas Anaksagoras Klazomenietis (5 a. pr. Kr.) teisingai paaiškino Nilo potvynių priežastis, nustatė, kad kylant aukštyn oro temperatūra žemėja, drėgmė pavirsta į ledą.
Pirmuosius traktatus apie klimatą ir orų reiškinius parašė Hipokratas ir Aristotelis. 400 pr. Kr. Hipokratas veikale Oras, vandenys ir šalys aprašė klimato poveikį žmonių sveikatai. 350 pr. Kr. Aristotelis gamtos filosofijos veikale Meteorologika išskyrė 5 pasaulio klimato juostas, aprašė debesis, lietų, sniegą, krušą, vėją, perkūniją, pagrindė vandens apytakos rato ir dirvos įšilimo dėsnius, nustatė, kad oras turi svorį. Šis kūrinys buvo pagrindinis meteorologijos veikalas 2000 metų (iki Renesanso). 300 pr. Kr. Aristotelio mokinys Teofrastas parašė pirmąjį orų prognozavimo vadovą, kuriame nurodė kritulių, audrų, vėjo stiprumo ir krypties, gero oro požymius, aprašė brizus. 600 po Kr. Sevilijos arkivyskupas Izidorius Sevilietis parašė elementariosios fizikos veikalą Apie gamtą / De Natura Rerum; jame yra skyriai apie šalnas, lietų, krušą, sniegą.
Aristotelio veikalo Meteorologika viršelis (350 pr. Kr.)
Po antikos laikotarpio meteorologijos mokslai buvo plėtojami islamo kraštuose. Antikos mokslininkų veikalai buvo išversti ir papildyti veikalais (Ibn Chaukalis, al Biruni, al Idrisi) apie įvairių šalių klimato savybes, orus, aplinkos ir žmogaus sąveiką. Tolesnė meteorologijos raida daugiausia priklausė nuo fizikos ir chemijos laimėjimų. 11 a. arabų matematikas al Chasanas Ibn al Haithamas, remdamasis Aristotelio ir Klaudijo Ptolemajo veikalais, paaiškino šviesos refrakciją atmosferoje, ryto ir vakaro prieblandos susidarymą, analizavo vaivorykštės spalvas ir atmosferos tankį. 13 a. anglų filosofas R. Baconas ir Silezijos filosofas Giuseppe Vitellio nustatė, kad vaivorykštė susidaro dėl šviesos išsklaidymo ir atspindėjimo lietaus lašeliuose. 13 a. lietaus ir sniego kiekis buvo matuojamas visų Kinijos provincijų sostinėse, o 15 a. – ir Korėjoje.
Instrumentinių tyrimų meteorologijos raidos tarpsnis prasidėjo išradus meteorologinius prietaisus: anemometrą (1450, italų mokslininkas L. B. Alberti), higrometrą (apie 1450–60, vokiečių filosofas kardinolas Mikalojus Kuzietis), termometro prototipą – termoskopą (apie 1593–98, G. Galilei), barometrą (1643, E. Torricelli). 1639 Benedetto Castelli (Italija) moksliniais tikslais atliko pirmuosius kritulių matavimus Europoje. 1664 Paryžiuje pradėti reguliarūs meteorologiniai matavimai. 1665 R. Hooke’as (Didžioji Britanija) pasiūlė 0° laikyti vandens užšalimo temperatūra, 1670 pagamino pirmąjį stiklinį gyvsidabrio termometrą, patobulino barometrą, anemometrą ir higrometrą. 1648 B. Pascalis (Prancūzija) nustatė, kad didėjant aukščiui atmosferos slėgis krinta. 1662 R. Boyle’is (Didžioji Britanija) sukūrė dujų masės, tūrio ir slėgio tarpusavio priklausomybės dėsnius.
Jūrininkų informacija apie vėjus vandenynuose padėjo kurti atmosferos cirkuliacijos teoriją. 1668 E. Halley (Didžioji Britanija) pirmasis aprašė pasatus ir sudarė jų žemėlapį. 1671 Ralphas Bohunas parašė mokslinį darbą apie vėjus (Wind). 1694 Carlo Renaldini termometrų skalei graduoti panaudojo vandens užšalimo ir virimo temperatūros taškus. Tobulesnius spiritinius ir gyvsidabrio termometrus 17 a. pradžioje pagamino D. G. Fahrenheitas (Vokietija). Celsijaus temperatūros skalę sukūrė A. Celsius (Švedija). 1729 P. Bougueras (Prancūzija) eksperimentiškai nustatė Saulės spinduliuotės sugerties atmosferoje dėsnį. 1735 išleistas George Hadley (Didžioji Britanija) veikalas apie Žemės sukimosi įtaką atmosferos cirkuliacijai.
18 a. žaibolaidžių konstrukcijų elementai
1743 B. Franklinas (Jungtinės Amerikos Valstijos) nustatė uraganų judėjimo trajektorijas, 1752 įrodė, kad žaibas yra elektros iškrova. Aukštesnių atmosferos sluoksnių tyrimus pradėjo škotai A. Wilsonas ir T. Melville’is; 1749 jie aitvaru pakėlė termometrą į maždaug 900 m aukštį ir išmatavo oro temperatūrą. 1783 Jacques Charlesas vandenilio pripildytu balionu pakilo beveik į 1 km aukštį ir nustatė vertikalųjį temperatūros gradientą. Tais pačiais metais H. B. de Saussure’as (Šveicarija) sukūrė tikslų plaukinį higrometrą (jutiklis – žmogaus plaukas). 1753 M. Lomonosovas (Rusija) sukūrė atmosferos elektros reiškinių teoriją, suformulavo meteorologijos uždavinius ir tyrimo metodus. 18 a. antroje pusėje nustatyta, kad atmosferos oras yra įvairių dujų mišinys iš azoto, deguonies, anglies dioksido ir kitų elementų.
19 a. prasidėjo moderniosios meteorologijos laikotarpis. 1802 L. Howardas (Didžioji Britanija) sudarė pirmąją debesų klasifikaciją. 1805 Francisas Beaufortas (Didžioji Britanija) sukūrė vėjo greičio nustatymo vizualiu būdu skalę. 19 a. pradžioje P. S. de Laplace’as (Prancūzija) nustatė atmosferos slėgio priklausomybę nuo aukščio ir oro temperatūros (barometrinė formulė) ir sukūrė atmosferos statikos pagrindus. 19 a. pirmoje pusėje tiriant atmosferos procesus imta taikyti termodinamikos dėsnius. 1816–23 P. S. de Laplace’as ir S. D. Poissonas (Prancūzija) suformulavo pirmuosius adiabatinio vyksmo dėsnius. 19 a. pabaigoje H. R. Hertzas ir W. Bezoldas (Vokietija) sukūrė atmosferos adiabatinių procesų teoriją. 1830 Williamas Redfieldas (Jungtinės Amerikos Valstijos) nustatė, kad ciklonai ir tornadai turi sūkurinę struktūrą. 1835 G. G. Coriolisas (Prancūzija) sukūrė judėjimo besisukančioje planetoje teoriją, įrodė santykinio judėjimo teoremą ir tuo padėjo atmosferos tyrimams pritaikyti dar 18 a. suformuluotus hidrodinamikos dėsnius. 1842 E. Loomisas (Jungtinės Amerikos Valstijos) pagrindė sinoptinių schemų taikymą moksliniams tikslams, įrodė Žemės sukimosi poveikį gradientiniams vėjams.
19 a. pirmoje pusėje buvo sudaryti pirmieji pasaulio klimato žemėlapiai (A. von Humboldtas, H. W. Dove). 1830–41 Jamesas Pollardas Espy (Jungtinės Amerikos Valstijos) ir Elias Loomisas aprašė terminę konvekciją, kamuolinių debesų susidarymą, slaptosios kondensacijos šilumos išsiskyrimą. 1842 Ch. A. Doppleris teoriškai pagrindė spinduliuojamų akustinių ir elektromagnetinių bangų dažnio pokytį dėl bangų siųstuvo ir imtuvo judėjimo vienas kito atžvilgiu (Dopplerio reiškiniu pagrįstas šiuolaikinių meteorologinių radarų veikimas). 1849 Sankt Peterburge įkurtas pirmasis pasaulyje mokslinis meteorologijos centras – Vyriausioji geofizikos observatorija. 19 a. viduryje sukurtas pasaulinis meteorologijos stočių tinklas. 1856 Williamas Ferrelis (Jungtinės Amerikos Valstijos) sudarė pirmąjį bendrosios atmosferos cirkuliacijos modelį (Ferrelio vardu pavadinta poliarinė atmosferos cirkuliacijos gardelė).
Išradus elektrinį telegrafą atsirado galimybė operatyviai perduoti meteorologijos informaciją ir sudaryti sinoptinius žemėlapius; pirmąjį 1861 sudarė R. Fitzroy (Didžioji Britanija). 1882–87 Johnas Parkas Finley (Jungtinės Amerikos Valstijos) apibūdino tornadų susidarymą ir struktūrą, nurodė prognozavimo būdus, sudarė jų klimatologinį žemėlapį.
Nuo 1892 meteorologiniams stebėjimams aukštesniuose atmosferos sluoksniuose pradėta reguliariai naudoti oro balionus. 1896 S. A. Arrhenius (Švedija) paskelbė veikalą apie anglies dioksido reikšmę susidarant šiltnamio efektui. 19 a. pabaigoje sudarytos pirmosios pasaulio klimatų klasifikacijos (1874 A. de Candole’io, 1884 A. Supano, 1900 W. Köppeno). 19 a. pabaigoje–20 a. pradžioje imta tirti Saulės spinduliuotę; H. Helmholtzas (Vokietija), V. F. K. Bjerknesas (Norvegija) ir M. Margulesas (Austrija) sukūrė atmosferos frontų teoriją, J. A. B. Bjerknesas – atmosferos barokliniškumo teoriją ir pasiūlė orų prognozes sudaryti sprendžiant atmosferos termohidrodinamikos lygtis. T. H. P. Bergeronas atrado okliuzijos procesą. 1913 atrastas ozono sluoksnis. 1928 paleistas pirmasis radiozondas.
Jungtinių Amerikos Valstijų Nacionalinio standartų biuro sukurtas radiozondas (1936)
1950 03 23 įsigaliojo Pasaulinė meteorologijos organizacijos konvencija, kurią patvirtino Jungtinių Tautų organizacija (nuo 1961 pradėta minėti Pasaulinė meteorologijos diena).
meteorologinių duomenų nuskaitymas ir registravimas 20 a. 4 dešimtmetyje.
Iki 20 a. vidurio susiformavo pasaulinis aerologijos ir aktinometrijos stočių tinklas. 4 dešimtmetyje sukurti meteorologiniai radarai. 20 a. viduryje sparčiai plėtojosi dinaminė meteorologija: buvo tiriama įvairaus masto atmosferos tėkmės, sukurti pirmieji bendrosios atmosferos cirkuliacijos modeliai (kūrė C. G. A. Rossby, Josephas Smagorinskis, Anatolijus Dorodnicinas, Syukuro Manabe, A. Fridmanas, Ilja Kibelis, Andrejus Moninas, Jekaterina Blinova ir kiti). Analizuojami atmosferos paribio sluoksnio fizikos procesai (D. Laichtmanas, A. Čiudnovskis), sukurta atmosferos turbulentiškumo teorija (A. Obuchovas, Oliveris Grahamas Suttonas). 1951 Jule Gregory Charney (Jungtinės Amerikos Valstijos) sudarė pirmąją skaitmeninę slėgio laukų prognozę.
20 a. antroje pusėje meteorologijos raidą paspartino skaičiavimo technikos tobulėjimas, kompiuterizacija. 1955 kompiuteriais modeliuojant atmosferos procesus pradėtos sudaryti skaitmeninės orų prognozės. Šių modelių išvesties duomenys yra šiuolaikinių meteorologinių prognozių pagrindas. 1958 Charlesas Davidas Keelingas (Jungtinės Amerikos Valstijos) pradėjo reguliarius atmosferos anglies dioksido matavimus Havajų saloje. 1960 04 01 Jungtinėse Amerikos Valstijose paleistas pirmasis meteorologinės paskirties dirbtinis Žemės palydovas TIROS I (meteorologinis palydovas); prasidėjo palydovinės meteorologijos laikotarpis. 1968–69 Michailas Budyka (SSRS) ir Annas Sellersas (Jungtinės Amerikos Valstijos) sukūrė pirmuosius energetinius klimato modelius.
Pasaulinė meteorologijos organizacija koordinuoja meteorologinius stebėjimus ir duomenų apdorojimą, organizuoja tarptautines tyrimų programas. 1950 pradėjo veikti Pasaulinė meteorologijos organizacijos konvencija, kurią patvirtino Jungtinių Tautų organizacija.
Globalią meteorologinių stebėjimų sistemą (Global Climate Observing System, GCOS; įkurta 1992) sudaro: daugiau kaip 11 000 antžeminių meteorologijos stočių (iš jų 900 vykdo atmosferos zondavimą iki 30 km aukščio), 900 stacionarių ir dreifuojančių bujų, 600 radiolokacijos stočių, 3000 lėktuvų (nereguliarūs stebėjimai), 7000 laivų (nereguliarūs stebėjimai), geostacionarūs ir poliarinių orbitų dirbtiniai Žemės palydovai.
meteorologinis radaras (Drezdeno oro uostas, Vokietija)
Globaliai stebėjimų sistemai t. p. priklauso 52 pasauliniai duomenų centrai 12 šalių (Jungtinėse Amerikos Valstijose, Kanadoje, Rusijoje, Japonijoje, Vokietijoje, kitur), kurie kaupia, apdoroja, analizuoja ir platina ne tik meteorologijos, bet ir įvairius Saulės, geofizinius, aplinkos, biosferos, žmonių veiklos duomenis. Duomenų laiko skiriamoji geba nuo sekundės iki tūkstantmečių. Remiantis šiais duomenimis atliekamas klimato ir kitų geosferos komponentų monitoringas, sudaromos orų prognozės. Pirminę visų meteorologijos duomenų apdorojimo grandį sudaro nacionaliniai meteorologijos centrai (meteorologijos tarnybos); jų yra daugiau kaip 150. Meteorologiniai duomenys yra skaliarai (išreikšti tik skaitine reikšme, pvz., temperatūra, atmosferos slėgis) arba vektoriai (nusakomi skaitine reikšme ir kryptimi, pvz., vėjo kryptis ir greitis), todėl daugiausia reiškiami pagrindiniais ir išvestiniais SI sistemos vienetais.
Periodiniai leidiniai
Tarptautiniai mokslo žurnalai: Monthly Weather Review (įsteigtas 1893), Journal of the Atmospheric Sciences (1944), Meteorology and Atmospheric Physics (1949), Theoretical and Applied Climatology (1949), Journal of Applied Meteorology and Climatology (1962), Atmospheric Research (1963), Agricultural and Forest Meteorology (1964), Boundary‑Layer Meteorology (1970), The International Journal of Meteorology (1975), Weather and Forecasting (1986), Meteorological Applications (1994), International Journal of Climatology (1996), Atmospheric Chemistry and Physics (2001) ir kiti.
Lietuvoje
Lietuvoje pirmieji meteorologiniai stebėjimai atlikti 1770 Vilniaus universiteto astronomijos observatorijoje, pirmieji vandens lygio stebėjimai – 1810–11 Rusnėje, Smalininkuose, Tilžėje, Sieliuose. 1869–97 pradėtos steigti pirmosios meteorologijos stotys. 1921 įkurta Centrinė meteorologijos stotis.
Reguliarius meteorologinius stebėjimus vykdo, sudaro stebėjimų duomenų banką, prognozuoja orų kaitą Lietuvos hidrometeorologijos tarnyba (prie Aplinkos ministerijos). Mokslinius tyrimus atlieka Fizikos institutas, Vilniaus universiteto Hidrologijos ir klimatologijos katedra. Nuo 1992 Lietuva – Pasaulinės meteorologijos organizacijos narė. Meteorologijos mokslo darbai spausdinami tęstiniame leidinyje Geografijos metraštis (nuo 1958), mokslo žurnale Geografija (1961–2020).
Daugiau informacijos apie meteorologijos raidą Lietuvoje pateikta straipsnyje meteorologija ir klimatologija Lietuvoje.
1163