Материал: 5721

65

Ведь статистические теории, как и динамические, выражают необходимые связи в природе, а они вообще не могут быть выражены иначе, чем через однозначную связь состояний.

На уровне статистических законов и закономерностей мы также сталкиваемся с причинностью.

Статистические законы и теории являются более совершенной формой описания физических закономерностей, любой известный на сегодняшний день процесс в природе более точно описывается статистическими законами, чем динамическими. Однозначная связь состояний в статистических теориях говорит об их общности с динамическими теориями. Различие между ними в одном – способе фиксации (описания) состояния системы.

Когда стало очевидно, что нельзя отрицать роль статистических законов в описании физических явлений (все экспериментальные данные полностью соответствовали теоретическим расчетам, основанным на подсчетах вероятностей), была выдвинута теория «равноправия» статистических и динамических законов. Те и другие законы рассматривались как законы равноправные, но относящиеся к различным явлениям, имеющие каждый свою сферу применения, не сводимые друг к другу, но взаимно дополняющие друг друга.

Эта точка зрения не учитывает того бесспорного факта, что все фундаментальные статистические теории современной физики (квантовая механика, квантовая электродинамика, статистическая термодинамика и т.д.) содержат в качестве своего приближения соответствующие динамические теории. Поэтому сегодня многие крупные ученые склонны рассматривать статистические законы как наиболее глубокую, наиболее общую форму описания всех физических закономерностей.

Статистические закономерности ничуть не менее объективны, чем динамические, но шире и разностороннее и отражают взаимосвязь явлений материального мира.

Доминирующее значение статистических законов означает переход к более высокой степени оценки эволюционного развития систем. При рассмотрении соотношения между динамическими и статистическими законами мы встречаемся с двумя аспектами этой проблемы.

66

Рис.3.2.Динамика среднегодовой температуры воздуха Т°С и годового количества осадков Q (мм) по АГМС Хабаровск – – – – – - пятилетняя скользящая средняя метеоэлементов.

67

В аспекте, возникшем исторически первым, соотношение между динамическими и статистическими законами выступает в следующем плане: законы, отражающие поведение индивидуальных объектов, являются динамическими, а законы, описывающие поведение большой совокупности этих объектов, статистическими.

С полным основанием можно утверждать, что динамические законы представляют собой первый, низший этап в познании окружающего нас мира и что статистические законы более полно отражают объективные связи в природе, являясь более высоким этапом познания.

Статистические теории распространяются на более широкий круг явлений, недоступный динамическим теориям. Статистические теории находятся в лучшем количественном согласии с экспериментом, чем динамические. Динамические теории не способны описывать явления, когда флуктуации значительны. В результате статистические законы отображают реальные физические процессы глубже, чем динамические. Не случайно статистические закономерности познаются вслед за динамическими. В физике будущее принадлежит квантовой механике, которая впервые установила связь вещества и волнового поля. Поэтому, не исключено, что вслед за статистическими закономерностями последуют закономерности, учитывающие цикличность и ритмичность отклонений, которые способны описывать колебания отклонений от средних при различных значениях флюктуаций, таких, например, как на рис. 3.2., где приведена динамика среднегодовой температуры воздуха Т°С и годового количества осадков Q (мм) по АГМС Хабаровск и отмечена пятилетняя скользящая средняя этих метеоэлементов.

Метод скользящих (перекрывающихся) средних был предложен в конце 19 века для сглаживания кривых. Этот метод представляет некоторый «математический фильтр», позволяющий выделять колебания с большей длиной волны, значительно погасив короткопериодические колебания.

68

Глава 4

ПРИЧИНЫ, ФОРМИРУЮЩИЕ КЛИМАТ ЗЕМЛИ

Динамические и статистические (вероятностные) закономерности в природе можно проследить при изучении взаимодействия внешних (экзогенных) и внутренних (эндогенных) факторов, формирующих климат планеты. Климат является результатом взаимодействия солнечной радиации, атмосферной циркуляции с учетом подстилающей поверхности земли. Роль каждого из этих факторов оценивается динамическими и статистическими закономерностями.

4.1. Радиационные факторы климата

Известно, что Солнце непрерывно излучает в окружающее его мировое пространство громадное количество энергии в основном в форме лучистой энергии, из которого на Землю поступает только одна двухмиллиардная часть, оцениваемая, величиной 1,8 1024 эрг/сек (2,5 1018 кал/мин.). В сравнении с этой энергией мощность всех остальных источников, как внешних по отношению к Земле (излучения звезд, космические лучи и др.), так и внутренних (внутренняя теплота Земли, радиоактивные излучения и др.) в энергетическом отношении мала.

Лучистая энергия Солнца, или, как её называют, солнечная радиация, на пути от внешних пределов атмосферы до земной поверхности подвергается ряду существенных изменений, происходящих вследствие её поглощения и рассеяния. Значительная её часть, так называемая прямая солнечная радиация, достигает земной поверхности в виде параллельного пучка лучей, идущих от Солнца. Вместе с тем и некоторая доля радиации, рассеянной в атмосфере, приходит к земной поверхности как рассеянная радиация от всех точек небесного свода. Прямая солнечная радиация и рассеянная в сумме дают так называемую суммарную радиацию.

Солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, частично отражается от нее, основная же часть её поглощается и

69

идет на нагревание земной поверхности. Заметим здесь, что поглощение солнечной радиации происходит и в атмосфере, но оно значительно меньше, чем на земной поверхности, так как атмосфера в основном является рассеивающей средой. Например, из общего количества всей радиации, поглощенной Землею в целом, атмосфера поглощает только ¼ её часть, а остальные ¾ – поглощаются земной поверхностью. Та часть солнечной радиации, которая отражается земной поверхностью, а также и атмосферой (в основном облаками), носит название отраженной радиации. Вместе с тем, нагретая земная поверхность сама является источником теплового излучения, направленного к атмосфере.

Все указанные разнообразные потоки лучистой энергии отличаются по своему спектральному составу. Основная доля солнечной радиации в связи с высокой температурой излучателя

– Солнца – приходится на область длин волн меньше 3-4 , включающую видимую область спектра (0,4-0,75 ), в пределах которой излучения воспринимаются глазом. В то время как излучение земной поверхности и атмосферы локализовано в области значительно более длинных волн – для реальных естественных условий практически в области больше 2 . Исходя из этого различия в спектральном составе, прямую и рассеянную солнечную радиацию называют коротковолновой, а излучение Земли и атмосферы – длинноволновой радиацией.

Таким образом, в атмосфере имеется целая система потоков лучистой энергии, разных по их спектральному составу и различно направленных. Оценивая с энергетической стороны – алгебраическую сумму всех потоков, пронизывающих некоторую поверхность, можно найти для этой поверхности приходнорасходный баланс лучистой энергии. Солнечная радиация, включающая видимую область спектра, является одновременно и источником света.

Поток солнечной энергии (I), приходящийся на единицу площади в единицу времени, называется, интенсивностью солнечного излучения. Интенсивность излучения меняется обратно пропорционально квадрату расстояния от источника, поэтому для границы атмосферы можно написать: