Что же творится с погодой?

Летом 1976 года МИЛЛИОНЫ людей во всех точках земного шара не уставали задавать себе этот вопрос. И не удивительно: это лето побило все рекорды метеорологических катастроф. Англия, Франция, Бельгия, Италия на протяжении столетия не знали такой жары. Во многих районах горели леса, сильно обмелели многие реки — Сена, Темза, Рейн, Маас. В Англии ставился даже вопрос о ввозе воды из-за границы. И в это время на Европу обрушились проливные дожди: именно тогда, когда пришло время убирать остатки того урожая, которые сохранились после засухи.

Не лучше обстояли дела и в других районах земного шара. В Бразилии, например, после четырехмесячной засухи внезапно выпал снег, которого большинство бразильцев вообще никогда не видели. В Аргентине температура местами понижалась до минус 7 С. Многолетние засухи поразили африканские страны южнее Сахары, а субтропические районы страдают от наводнений.

Таких масштабов стихийных бедствий не могли предположить даже метеорологи, которые установили, что климат земного шара на протяжении XX столетия меняется уже третий раз. Впервые это было точно зарегистрировано в 1920-х годах, когда началось резкое потепление Арктики. Тогда за какие-то 15 лет произошли климатические изменения столь резкие, что специалисты могли утверждать: подобных явлений не наблюдалось, по крайней мере, за последние 600 лет.

Среднегодовая температура в приатлантической Арктике в разных районах к 1940 году повысилась от 2 до 3,5 . Это равносильно тому, как если бы Гренландия, Шпицберген, Земля Франца Иосифа сместились на 300 км к югу. На континентах далеко на север продвинулась граница леса, в некоторых районах исчезла вечная мерзлота, уменьшилось количество льда в прибрежных районах Советской Арктики. Сравнение температур во время экспедиций на судах «Фрам» (1894 — 1895) и «Седов» (1938 —1939) показало, что среднегодовая температура в центральной части Арктики повысилась на 3,9°, а декабрьская почти на 10°. В средних широтах потепление происходило не столь заметно — в основном стали теплее зимы, меньше — лето. С 1940-х годов температура в северном полушарии стала понижаться, и развитие климата пошло в обратном направлении. Однако с 1970-х годов снова обнаружилась тенденция к потеплению.

Что же ожидает нас в ближайшие годы? Как дальше будет развиваться климат? На этот счет единого мнения нет.

Так, ученые, считающие, что климат тесно связан с циклами солнечной активности, предсказывают похолодание, которое продлится до 1990 года. Примерно то же самое утверждают специалисты, связывающие колебания климата с вариациями напряженности магнитного поля Земли. Группа японских метеорологов, предпринявшая анализ погодных условий северного полушария в нашем столетии, также считает, что в течение ближайшего десятилетия будет происходить похолодание, но если на севере и на юге Африки и Евразии среднегодовая температура будет понижаться, то в экваториальной Африке она, наоборот, станет возрастать.

Этим специалистам возражают другие, которые считают, что в результате хозяйственной деятельности человечества, приводящей к задымлению, запылению и вообще к загрязнению атмосферы, в недалеком будущем произойдет глобальное потепление, и на Земле растают все ледники. По мнению же третьих, вмешательство человека в естественный круговорот приведет, напротив, к планетарному похолоданию... Но при всех расхождениях в мнениях насчет будущих изменений климата климатологи почти единодушны в одном: человечество находится на пороге новой синоптической эры!

Так что же все-таки творится с погодой? Что ожидает нас в ближайшем будущем? Какой одеждой и какой обувью запасаться на будущий год? На эти вопросы и предстоит ответить.

Прежде чем прогнозировать, нужно установить, что влияет на климат

Хотя наука занимается изучением климата и погоды уже давно, мы до сих пор не можем ответить на вопрос: почему меняется современный климат? Но все же можно выделить две группы факторов, несомненно влияющих на изменения климата. Во-первых, естественная изменчивость, обусловленная внутренней динамикой взаимодействия океана, атмосферы и континентов, а также ряд внешних факторов, главный из которых — изменение количества солнечной энергии, поступающей к нашей планете. И во-вторых, последствия воздействия хозяйственной деятельности человека на окружающую среду.

О том, как мало мы знаем о влиянии на климат многочисленных факторов, можно судить хотя бы по тому, что до сих пор неизвестно, постоянна ли солнечная постоянная, то есть поток радиации, пересекающий за единицу времени единичную площадку, перпендикулярную солнечным лучам, на среднем расстоянии между Землей и Солнцем. На протяжении многих лет считалось: эта величина не меняется, почему она и получила название постоянной. Но, занявшись стратостатными измерениями в стратосфере на высоте 30 км я со своими сотрудниками установил, что вариации этой важной величины достигают 2,5%.

А теоретически вычислено: увеличение солнечной постоянной на 1 % приводит к повышению температуры на Земле на 1 С!

Однако можно ли считать, что наши измерения действительно зарегистрировали изменение солнечной постоянной? Нет. Не зная процессов, происходящих выше 30 км, утверждать это с полной уверенностью мы не можем, необходимы более точные систематические исследования с помощью спутников.

Теперь возьмем вторую группу факторов: воздействие хозяйственной деятельности человечества на климат. Здесь высказано множество прямо противоположных прогнозов, причем одни авторы пророчат глобальный разогрев в результате насыщения атмосферы углекислым газом, а другие предвещают глобальное похолодание в результате запыления атмосферы.

Скорее всего существует целый комплекс взаимосвязанных причин, в общей сложности влияющих на вообще неустойчивое равновесие климатических элементов. По мнению всех ученых мира, сейчас в опасности один из важнейших газовых компонентов атмосферы — озон, определяющий температуру в стратосфере.

Слой озона поглощает ультрафиолетовую радиацию Солнца. Он влияет на тепловой баланс атмосферы, а также защищает все живое на планете от жесткого ультрафиолетового излучения.

Конечно, колебания концентрации озона происходят и по естественным причинам, но в последние годы высказывается опасение, что окислы азота и водяной пар, выбрасываемые с выхлопными газами сверхзвуковых самолетов, способны надолго уменьшить количество озона в стратосфере.

Однако расчеты показали: даже если количество крупных сверхзвуковых лайнеров на земном шаре достигнет 500, то катастрофы в озонном слое не произойдет. Но вот используемые промышленностью фреоны вполне могут нарушить естественный цикл озона.

Наличие, скажем фреонов в тропосфере обычно никакой опасности не представляет, но, проникая в стратосферу молекулы фреона расщепляются солнечной радиацией, и образуется атомарный хлор, очень агрессивный к озону.

Проблема эта настолько серьезна, что Всемирная метеорологическая организация признала необходимым создание координированной международной программы для контроля и изучения всех процессов в стратосфере, имеющих отношение к озону.

Многие климатологи считают, что одной из причин похолодания может быть усиление запыленности атмосферы. Ведь чем больше пыли, тем меньше солнечной радиации попадает на землю и тем больше ее отражается обратно в космос.

Так появилась теория аэрозоля.

Однако и здесь результаты исследований показали, что ситуация намного сложнее. Пыль не только рассеивает, но и поглощает радиацию. Климатический эффект пыли зависит от ее оптических свойств — от поглощающей и рассеивающей способности. Кроме того, если пыль оседает над снежной поверхностью, отражение уменьшается, а если над океанами — увеличивается.

Но самый главный фактор энергетики атмосферы — облака, от которых зависят и климат и погода. Поэтому даже небольшие изменения количества облаков под влиянием пыли могут оказать более существенное воздействие на климат, чем поглощение или рассеяние солнечной радиации самой пылью.

Вот почему в разных странах ведутся исследования по атмосферной пыли. У нас уже шесть лет проводится комплексный энергетический эксперимент — КЭНЭКС. Главная его задача — исследование свойств пыли в разных местах Земли.

Летом 1975 года в Курской области работала советско-американская экспедиция с целью изучения стратосферного аэрозоля. Выяснилось, что попавший в стратосферу аэрозоль может там находиться в течение двух лет. А из-за малой плотности воздуха даже небольшое добавочное количество пыли существенно влияет и на состояние стратосферы, и на климат.

Поэтому основная задача сейчас — изучение глобального газового состава стратосферы. В будущем планируется создание целой системы спутниковой службы, чтобы следить за изменениями параметров атмосферы, ответственных за изменения климата.

Ответить же на волнующий всех вопрос, в каком направлении идет изменение климата, пока с достаточной надежностью невозможно. Для этого надо знать об атмосфере гораздо больше, чем мы знаем сейчас.

Зима станет снежнее, а лето - дождливее

Климатическая установка Земли — это своего рода термодинамическая машина, работающая на солнечной энергии. Очаги тепла расположены в экваториальной зоне между тридцатыми градусами северной и южной широт. За год сюда поступает солнечной энергии в 2,5 раза больше, чем на полюса, где расположены очаги холода. Перепад температур на экваторе и полюсах и вызывает глобальную циркуляцию атмосферы, как бы стремящуюся сгладить разницу температур.

Теплые влажные массы воздуха поднимаются от экватора и устремляются к полюсам. В умеренных широтах потоки тропического воздуха наталкиваются на барьер холодного тяжелого воздуха, движущегося с полюсов. В зонах встречи этих потоков — атмосферных фронтах — происходит преобразование энергии воздушных масс. Здесь зарождаются циклонические и анти- циклонические вихри, от которых, как правило, зависит погода в умеренных широтах.

Все было бы гораздо проще, если бы не вращение Земли. Скорость на экваторе составляет 1760 км/ч, а на полюсах она равна нулю. Поэтому у тропических масс воздуха большие линейные скорости относительно земной поверхности, и по мере продвижения к полюсам они отклоняются на восток. Возникает западно-восточный перенос — мощный зональный поток, опоясывающий земной шар между 40-ми и 70-ми параллелями.

В северном полушарии атмосферные фронты смещаются то к северу, то к югу, и вся система то прижимается к полюсам, то сползает к экватору. В результате этих пульсаций в зоне атмосферных фронтов (ширина ее иногда достигает 1000 км) отдельные пункты и даже целые области оказываются то в одной воздушной массе, то в другой, в них происходит быстрая и резкая смена погоды.

Как же связать динамические процессы в атмосфере с колебаниями климата?

Известный климатолог профессор Б. Дзердзеевский еще в 40-х годах предположил, что метеорологические изменения ото дня ко дню образуют флуктуации — отклонения от среднего значения — по отношению к сезонным и годовым изменениям; те, в свою очередь, являют собой флуктуации процессов еще большей длительности... И так, восходя все выше и выше, мы достигаем уровня, соответствующего ледниковым и межледниковым эпохам. В основе же этой лестницы лежит флуктуация в земной атмосфере, представляющая собой первоисточник изменений климата. Поэтому именно с нее было начато изучение климатической установки Земли.

Анализ синоптических карт и колебаний климата в северном полушарии за XX столетие показал: все многообразие циркуляции атмосферы сводится к ограниченному числу циркуляционных шаблонов. Такие характерные механизмы циркуляции непрерывно сменяют друг друга и в каждый данный момент определяют движение воздушных масс на всем полушарии. Анализ показал, что существует всего 13 типов элементарных циркуляционных механизмов — ЭЦМ — включающих в себя 41 подтип. За основу типизации принималось направление и количество вторжений масс арктического воздуха.

Для полушария характерны два основных типа Переноса воздушных масс — зональный и меридиональный. Оказалось, что и все ЭЦМ также делятся на две группы — зональная и меридиональная. Причем если продолжительность действия каждого ЭЦМ от 2 до 5 дней, то продолжительность действия меридиональной или зональной группы ЭЦМ составляет многолетние циркуляционные эпохи, периодичность которых совпадает с колебаниями климата.

Нами установлено, что с 1899 по 1972 год прошли три циркуляционные эпохи. Первая — меридиональная — продолжалась до 1916 года. Затем началось постепенное усиление зональной циркуляции, сопровождавшееся общим потеплением на полушарии. Переход ко второй меридиональной эпохе (с 1952 г.) совпал с тенденцией к похолоданию климата. Для периодов преобладания меридиональной циркуляции вообще характерна неустойчивость погоды и быстрая смена ЭЦМ (2— 3 дня). Периоды зональной циркуляции гораздо стабильнее в отношении перепадов температур, так как обычный западный перенос воздушных масс не нарушается вторжением холодного воздуха из Арктики.

По нашим наблюдениям, меридиональная эпоха уже прошла пик, есть некоторые признаки, что усиливается зональная циркуляция. А это означает, что возможно увеличение дней с циклонической деятельностью — зима станет снежнее, а лето — дождливее. С дальнейшим развитием зональной циркуляции возможно и значительное потепление.

В течение ближайших ста миллионов лет климат будет неустойчив

Сравнительно резкие, но кратковременные колебания погоды, которые мы наблюдаем и о которых говорит С. Савина, просто маскируют постепенные и длительные, а потому и более существенные изменения климата. Даже по инструментальным наблюдениям за последние сто лет трудно судить о тенденциях его изменения. Вот почему более четкое представление о ритме, продолжительности и масштабах климатических изменений в жизни нашей планеты дает нам геология.

Земля пережила по меньшей мере четыре крупные серии материковых оледенений, настолько значительных в геологической истории, что их можно назвать гляциэрами. Каждая из них продолжалась по 100—200 миллионов лет и состояла из нескольких ледниковых периодов.

Первыми достоверно установленными великими оледенениями можно считать оледенения, происшедшие около 2,5 млрд, лет назад. Более отчетливо вырисовываются следующие три ледниковые эры за последний миллиард лет, происходившие с интервалом 250—350 млн. лет. В промежутках между ледниковыми эрами климат, очевидно, был ровный, не было резкого разделения на климатические зоны и, как правило, отсутствовали ледяные шапки на полюсах. Совсем незадолго до последней ледниковой эпохи, примерно 50 млн. лет назад, климат по берегам Ледовитого океана был субтропическим. В Гренландии росли пальмы, на Колыме — лавры, бамбук и магнолии, на Шпицбергене — платаны.

Но мы живем в четвертую гляциэру, которая далеко еще не закончилась. А гляциэра — это всегда четко выраженная зональность, и как следствие — неравновесное состояние климата. За те 200 млн. лет, пока продолжается ледниковая эра, на поверхности континентов возникают огромные ледяные щиты, которые то наступают, то отступают к полюсам. Происходит непрерывное чередование ледниковых и межледниковых периодов. Причем межледниковье — время, хотя и теплое, но неустойчивое и изменчивое, так как на полюсах все равно расположены огромные очаги холода — ледяные шапки.

Сейчас мы живем в очередное межледниковое время последней гляциэры. Оно началось примерно 10—15 тысяч лет назад, когда растаяли последние льды на равнинах Европы и Северной Америки, но до сих пор не растаял ледяной щит Антарктиды, ледники Гренландии, Шпицбергена, Новой Земли.

О том, что межледниковым эпохам свойственны климатические колебания, свидетельствуют и данные о климате последних 10 тыс. лет. С IX по XIII век нашей эры было гак тепло, что в Англии повсюду выращивали виноград. А период с конца XV до середины XIX века был настолько холодным, что получил на-звание «малого ледникового периода», Похоже, что потепление после последнего «малого ледникового периода» окончилось и ему на смену идет очередное похолодание.

Что же будет дальше? Ледники, растаявшие 10 тысяч лет назад, вновь вернутся, затем отступят, опять вернутся — таков ритм жизни Земли.

Последняя гляциэра еще не закончилась,