ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ И КЛИМАТИЧЕСКИЕ ЭПОХИВ XX СТОЛЕТИИ
Эскизы карт и графиков
составлены автором
Ученые всего мира признают неустойчивость современного климата. Горячо обсуждается, чем вызваны его изменения и какова их направленность: к похолоданию или потеплению, к учащению или ослаблению резких погодных изменений. Одно за другим появляются сообщения о «капризах» и «сюрпризах» погоды. История климата свидетельствует, что подобные события наблюдались несколько десятилетий или столетие назад. Подчас они вообще не встречались за период инструментальных наблюдений и находят себе аналоги в летописных записях.
В подробном освещении этих явлений большую роль играют современные средства информации о погоде самых разных широт. Но есть и более веская причина возросшего внимания к проблемам погоды и климата. Неожиданности погоды затрагивают жизненные интересы миллионов людей, наносят колоссальный ущерб народному хозяйству. Малозаметные изменения атмосферной циркуляции, десятые доли градуса температуры воздуха означают на деле миллионы тонн зерна, миллиарды денежных единиц. Один из крупных советских климатологов — М. И. Будыко, касаясь этих особенностей климата, заметил, что существование человечества зависит от малых разностей климатических изменений.
Возьмем события последних лет. За рядом теплых, неустойчивых зим 40-х и 50-х годов все чаще нас посещают суровые зимы. Такой была зима 1971/72 г. на Европейской территории СССР. Зима 1975/76 г. оказалась не менее удивительной. Страницы газет пестрели заголовками сенсационного характера, например «Во льдах… Черного моря», «Арктика… на юге», «Ледокол на Черном море» и др. Пожалуй, на памяти наших современников не было другого случая, чтобы температура воздуха вблизи Сочи и Батуми держалась на уровне 8 —10 °C ниже нуля несколько дней подряд. Воды Черного моря у берегов Одессы, в Керченском проливе напоминали Ледовитый океан. В эти дни льдом сковало почти два десятка миль прибрежных вод. Громоздились торосы двух-трехметровой толщины.
Жестокая засуха на территории Восточной и Западной Европы отмечалась в 1972, 1975 и 1976 гг. Лето 1972 г. в Подмосковье было самым жарким за все 93 года наблюдений. До этого рекорд сохранялся за летом 1938 г. Необычайно жарко было и на Севере. В Мурманской области впервые за 91 год наблюдений температура в июле превысила норму на 12,4 °C. То же наблюдается и в южных районах. В Ростове-на-Дону первый раз за 80 лет температура в июне была выше нормы на 4,5 °C.
Все это вызвало понижение уровня рек, многочисленные пожары, охватившие большие площади в лесной зоне.
В Западной Европе на протяжении столетия не знали такого засушливого лета, как в 1976 г. Высокая температура воздуха долго сохранялась на территории Англии, Франции, Бельгии, Западной Германии и других стран. Сильно понизился уровень Темзы, Сены, Рейна и других рек, горели леса. И в то же время на территории Европейской части СССР стояла дождливая погода. Для лета 1976 г. в северном полушарии вообще было характерно сохранение устойчивой локализации определенных погодных условий в большей части умеренных широт. Можно считать, что необычайным было лето не только в Западной и Восточной Европе, но и в других крупных областях земного шара. Напомним об опустошительной засухе в Сахеле (зона полупустынь и саванн к югу от Сахары). Она продолжалась не один год, а целых шесть лет подряд. Оказывается, эти районы составляют лишь часть территории, охваченной засушливой погодой. Эта зона протянулась через Ближний Восток, Южную Азию до Северного Китая. Но и последний район не избежал такой участи: в 1977 г. засуха охватила и эту часть Азии. Американский континент тоже не остался в стороне: пострадал от засухи ряд районов, особенно Средний Запад США (см. карту на с. 397). Не менее тревожная ситуация складывается в последние десятилетия на Крайнем Севере. Значительное похолодание наблюдается в районе Карского моря и в северо-западной Гренландии. С каждым годом ухудшаются ледовые условия, кромка льда смещается к югу, замедлился дрейф льда в Северном Ледовитом океане. Площадь льдов за последние 25–30 лет увеличилась на 700–800 тыс. км, а размеры полярной шапки приблизились к тем, что отмечались в начале века.
Можно было бы продолжить перечень таких явлений, которые на первый взгляд носят случайный характер и, казалось бы, не связаны между собой. Но все они свидетельствуют как о крайней неустойчивости погоды последних десятилетий, так и о локальном характере ее проявления в сложной глобальной метеорологической системе. Однако напомним, что резкие изменения погоды в отдельные годы еще не говорят об определенной тенденции к изменению климата. Климат — это совокупность погодных условий за длительный период в данной области земного шара. В отличие от погоды климат характеризуется устойчивостью. Обнаружить колебания климата можно, только сравнивая его характеристики за относительно большие отрезки времени.
Взаимосвязь погодных и климатических изменений обнаруживается далеко не сразу. Оценить такое событие XX в., как потепление Арктики, стало возможным, например, с позиций глобального климата лишь в 50-е годы. Каллендер, Виллет и Митчелл рассчитали средние годовые температуры воздуха и сравнили их значения за периоды 1890–1920 и 1920–1950 гг. Температура возросла в среднем для земного шара на 0,21 °C. Различия оказались больше для зимнего сезона, чем для летнего. Мировой масштаб потепления не вызывал сомнений.
В связи с этим и потепление Арктики предстало не как локальное, а как наиболее яркое проявление глобального потепления. Позднее, вслед за весьма ощутимым потеплением в Арктическом бассейне, стали поступать сведения о направленных изменениях в развитии других процессов. Это касалось отступления ледников, удлинения вегетационного периода в среднем на две недели, увеличения сумм температур в высоких широтах и, как следствие, учащения лет с высокими урожаями в северных странах и пониженными в южных.
Ученые пришли к выводу, что человечество в первой половине XX столетия находилось в самых благоприятных климатических условиях за последнее тысячелетие. А данные последних десятилетий дают основание полагать, что мировой климат возвращается в свое более типичное, но менее благоприятное для людей состояние.
Обратимся к схеме 1. Здесь представлена многолетняя динамика средних годовых аномалий температуры воздуха за период с 1880 по 1975 г., рассчитанных для широтной зоны 87,5 — 72,5° с.ш. Заметим, что подобные расчеты выполнены за все годы и месяцы 95-летнего периода наблюдений для 14 широтных зон, охватывающих площадь всего северного полушария. Их осуществили с помощью ЭВМ ученые крупнейших центров по изучению погоды и климата — Гидрометцентра СССР, Главной геофизической обсерватории и Государственного гидрологического института. Значение их чрезвычайно велико. Обобщенные таким путем данные позволяют констатировать, что в многолетнем изменении температуры воздуха — этой важной характеристики климата — четко выделяются два периода. Первый характеризуется достаточно равномерным, устойчивым повышением температуры, второй — ее понижением. Перелом в смене направления этих изменений наступил в 30-е годы текущего столетия. В 50-е и 60-е годы температура существенно понизилась по сравнению с периодом максимального потепления, но в то же время она еще не достигла своего исходного уровня, относящегося к концу XIX в. Характер изменений в природной среде все эти годы свидетельствовал о дальнейшем похолодании климата. Но такая тенденция была поколеблена неожиданно последовавшими начиная с 1970 г. годами с положительной аномалией температуры воздуха. Эти несколько точек на почти вековой кривой температуры воздуха оказались столь неожиданными, что вызвали горячий спор и широко дискутируются. И это понятно, если учесть, что изменения средних годовых температур воздуха на 1–2° вызывают ощутимые колебания баланса мировых запасов продовольствия.
С чем же связаны изменения погоды и климата и может ли сегодняшняя наука объяснить их? Климат Земли — это, образно говоря, результат работы гигантской тепловой машины. Основным источником тепла, обеспечивающим относительное постоянство климата нашей планеты, служит энергия Солнца. На каждый квадратный сантиметр верхней границы земной атмосферы от Солнца поступает 1,98 кал в мин. Эта величина называется солнечной постоянной. В день зимнего солнцестояния (22 декабря) в северном полушарии приток прямой солнечной радиации к поверхности Земли на экваторе составляет 0,164 кал/см2 в мин., а на Северном полюсе практически равен нулю (0,001 кал/см в мин.), в день летнего солнцестояния (21 июня) соответственно — 0,144 и 0,133 кал/см в мин. Экватор и два тропических пояса получают большую часть солнечной энергии и представляют собой источники тепла, а высокоширотные ледяные шапки в северном и южном полушариях, наоборот, стоки тепла. Эти контрасты и определяют междуширотный теплообмен. Как следует из приведенных выше цифр, температура в зоне источника тепла в течение года изменяется мало, а в зонах стока — очень резко от зимы к лету, и наоборот. Особенно интенсивная отдача энергии в областях стока происходит в период полярной ночи. Это приводит к сильному выхолаживанию полярной атмосферы, увеличению разности температур экватор — полюс и, как следствие, к наиболее заметной динамике процессов в этих широтах.
Если бы Земля была однородной и неподвижной, то разность температур экватор — полюс определяла бы самую простую модель циркуляции атмосферы: лишнее тепло от экватора переносилось бы воздушными потоками к полюсам наверху и от полюсов к экватору у поверхности земли. В атмосфере существовало бы одно кольцо циркуляции с меридиональным направлением переноса тепла. Но наша Земля, во-первых, вращается, а во-вторых, имеет океаны и материки, т. е. поверхности с разными свойствами аккумуляции и отдачи тепла. Именно это определяет возникновение разностей темпер