Игорь Кароль - Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?

Именно поведение температуры лежит в основе разделения атмосферы на высотные слои. Нижний слой, где температура с высотой убывает, – тропосфера, а тот, где ее убывание сменяется ростом, – стратосфера. Границу их раздела называют тропопаузой.

Высота тропопаузы неодинакова над различными областями земного шара: в тропиках и у полюсов она составляет примерно 15–17 и 8–10 км соответственно, а среднеглобальной величиной считается высота в 12 км. Характерные скорости перемещения воздушных масс выше, чем скорости в Мировом океане, и по динамичности атмосфера занимает первое место в климатической системе. Направления движения основных крупных воздушных потоков – движений планетарного масштаба – представлены на рис. 5 цв. вклейки.

Далее этот рисунок будет дополнен рассказом об основных атмосферных движениях меньшего масштаба (к таковым относятся, к примеру, местные движения воздуха, скажем, ветры, дующие с моря в прибрежных районах). Здесь лишь добавим, что перенос воздушных масс вдоль меридианов описывают обычно тремя ячейками – Хэдли (в тропиках), Феррела (в средних широтах) и полярной.

Что такое ячейки? Теплый воздух поднимается и одновременно движется от экватора к полюсам. На высоте он остывает, опускается в приземный слой, где снова нагревается, и опять устремляется вверх (продолжая переноситься к полюсам). Такой цикл повторяется трижды, это и есть три вышеуказанные ячейки. Таким образом, возникает вертикальный цикл движения воздушных масс, названный ячейкой атмосферной циркуляции.

Атмосфера находится под непрерывным контролем метеослужб и специальных научных экспедиций. По результатам измерений составляются специальные обзоры. Например, в обзоре Дж. Хансена с соавт.[4] использованы и проанализированы данные сетей измерений приземного воздуха, состоящих примерно из 7 тыс. станций, расположенных на материках, островах и на кораблях, полученных в период с 1880 по июнь 2010 г. Произведены тщательный отбор и анализ данных при разных способах сочетания наземных и океанических результатов измерений. При этом специальным образом учитывался вклад измерений на станциях, расположенных в крупных городах или их окрестностях, где влияние «островов тепла» может исказить репрезентативность фоновых данных, ведь, как известно, температура в центральной части крупного города, как правило, на несколько градусов выше, чем вне его границ. Зимой это связано с обогревом зданий, работой заводов и фабрик и наличием подземных коммуникаций, которые до некоторой степени «обогревают» атмосферу, а также с тем, что энергия ветра, по мере приближения к центру города, все больше «гасится» зданиями. Таким образом, срабатывает локальный источник тепла, а распространение этого тепла от центра происходит относительно медленно (но все же происходит). Летом таким источником тепла может также служить, например, разогрев асфальта на солнцепеке. Отмечено, что при учете всех искажений и введении необходимых поправок получается достоверная картина среднегодовых отклонений температуры воздуха у поверхности (ΔTS) в ХХ веке (от средней в период 1961–1990 гг.) с минимумом 0,3–0,4 К (в метеорологии принято использовать именно градусы Кельвина) в 1910 г., максимумом в 0,03 К в 1940–1945 гг., малыми изменениями – в 0,02 К в 1950–1975 гг. и последующим ростом до 0,6 К к 2010 г. Данные измерений на суше и в океане хорошо согласуются между собой, скорость роста усредненных значений ΔTS остается примерно постоянной в последние 30 лет. В то же время в некоторых регионах отмечены кратковременные отклонения, часто связанные с явлениями ЭльНиньо – Ла-Ниньо, наиболее сильные в 1998 и 2010 гг.

В разных регионах происходят заметные отклонения от общего роста ΔTS, чаще в океаническом Южном полушарии, где наблюдается отставание роста температуры поверхности TS по сравнению с Северным полушарием. Величина тренда (скорости изменения) TS в целом выше на станциях, расположенных внутри больших участков суши (материков) по сравнению с прибрежными или островными станциями. Причина этого понятна: бо́льшая теплоемкость воды по сравнению с воздухом и почвой суши, тоже «пронизанной» воздухом. Более теплоемкие части акватории отбирают тепло из воздуха и подстилающей поверхности и медленнее повышают свою температуру и температуру прилежащего воздуха.

Потепление климата в регионе часто выражается в увеличении числа и интенсивности «волн тепла» в летний период, а также в снижении числа и интенсивности «волн холода» в зимний период. Такая тенденция достаточно часто наблюдается в период глобального потепления. При этом летние «волны тепла» приводят к появлению большего числа смертей и ущерба, чем зимние «волны холода», – ситуация, идентичная с энергозатратами на кондиционирование и обогрев воздуха в помещениях.

В период глобального потепления наблюдаются сдвиги по широте некоторых атмосферных характеристик. Так, отмечается смещение на север путей циклонов, перемещающихся на Западную Европу и Европейскую Россию с Северной Атлантики. Это способствует усилению циклонической погоды в Северной Европе и в России в зимнее время и, как следствие, учащению теплых зим с обильными осадками. Циклоны несут в регионы России тепло и влагу с северной части Атлантики. Отмечено также смещение к полюсам границ тропической зоны (ее расширение). С начала систематических спутниковых слежений в 1979 г. до середины первого десятилетия XXI века зона субтропиков Северного полушария продвинулась на север на 5–8° широты. При этом сухая зона субтропиков, прилежащая к тропику Рака[5] с севера, сдвигается на южную часть сельскохозяйственной зоны средних широт, что наносит ей заметный ущерб.

Все эти тенденции еще более ярко проявляются в прогнозах климатических изменений к середине и к концу текущего века, сделанных с использованием глобальных климатических моделей. Одновременно отмечается увеличение высоты тропической тропопаузы, происходят изменения в динамике (переносе) атмосферного озона, регистрируемые мировой озонометрической сетью.

Наиболее быстрые и заметные изменения на суше и в ледовом покрове океана происходили и происходят в высоких северных широтах. С начала XXI века ускорился процесс сокращения площади ледового покрова в Северном Ледовитом океане.

Недавно, 16 сентября 2012 г., было зафиксировано рекордно низкое значение площади арктического морского льда – 3,41 млн км2 (пал предыдущий рекорд 2007 г., когда этот минимум составлял 4,17 млн км2). Для сравнения: среднее значение минимальной площади арктических льдов за период с 1979 по 2000 г. составляет 6,71 млн км2.

Данное сокращение сопровождается еще более существенным уменьшением (на 10–20 %) доли многолетних льдов в их общей площади и является следствием как общего глобального потепления, так и отдельных факторов, воздействующих на арктический регион. В частности, увеличения выноса теплых пресных вод реками Евразии в океан и роста сажевого загрязнения снега и льда от сжигания топлива зимой, сильно снижающего их отражательную способность и усиливающего приток солнечной радиации в регион в полярный день. Это загрязнение способствует увеличению теплообмена между холодным полярным воздухом и поверхностными водами, имеющими небольшую положительную температуру, и тем самым еще более ускоряет таяние морских льдов. В более мелком и согреваемом выносом вод рек Евразии восточном секторе Северного Ледовитого океана такое таяние происходит значительно быстрее, чем в западном.

Очень заметно потепление Арктики на арктических островах и берегах, сложенных в основном из мягких грунтов, пронизанных ледяными «линзами» и «островками» мерзлой почвы.

Таяние в таких грунтах приводит к обвалу в воду береговых участков на значительных площадях, нарушению устойчивости элементов хозяйственной инфраструктуры в арктических регионах. Этого нельзя не учитывать в преддверии ожидаемого хозяйственного освоения богатых месторождений ископаемых в регионе.

Изменение климата отмечается и в средних широтах, на территориях с интенсивным антропогенным освоением.

Мегаполисы, промышленные и сельскохозяйственные регионы, орошаемые территории, водохранилища – все они создают вокруг себя отдельный, отличный от регионального климат, в котором ныне живет большинство населения развитых стран.

Например, в сельскохозяйственном производстве орошаемых регионов используют пониженную температуру и повышенную влажность воздуха для улучшения урожайности и комфортности проживания. «Острова тепла» в больших городах особенно хорошо заметны в холодный период: в центре города термометры показывают температуру города на 2–3, а иногда и 5 градусов выше, чем на окраинах, ветер в центре города также слабее; летом, например, при температуре +20 °C, более высокая температура (т. е. +22–23 °C) в центре почти не ощущается, но зимой разница очень заметна, например, – 23 °C с сильными порывами ветра на окраине – совсем не то, что -20 °C при небольшом ветерке или его отсутствии в центре. Однако закономерности формирования таких «островов» и их взаимодействия с климатом окружающего региона в близком и отдаленном будущем пока плохо обеспечены данными наблюдений, и это обстоятельство затрудняет прогнозирование и анализ этого феномена в модельных исследованиях. Можно лишь предположить, что по мере развития городских и промышленных агломераций погодно-климатические условия в них будут больше зависеть от структуры выбросов энергии самими агломерациями и меньше – от их климатических условий регионов их размещения.