Введение. Что такое климат?

В доступной широкому кругу читателей форме рассказывается о климате Земли — особенностях его формирования и методах изучения, современном состоянии и вероятных изменениях в ближайшем будущем. Обсуждаются также последствия глобального потепления и возможность человека воздействовать на эти изменения.

Вернуться в раздел «О климате»

Введение. Что такое климат?

Вероятно, каждому из нас доводилось, вольно или невольно, нарушать свои планы из-за сиюминутных капризов погоды, и потому лишь немногие согласятся со строкой популярной песни, будто «у природы нет плохой погоды», а ответ на вопрос, какой будет погода сегодня и завтра, интересен всем.

Вплоть до последнего времени погода воспринималась людьми как данность свыше, не зависящая от их воли и вынуждающая к себе приспосабливаться. Лишь недавно, во многом благодаря настоящему прорыву в области компьютерных технологий, перед человечеством открылись возможности всесторонне изучать процессы формирования погоды и климата, причины их изменений, а также в какой-то степени влиять на эти процессы.

Накопленная в ходе исследований информация свидетельствует о том, что климат меняется; более того, темпы его изменения в XX веке были беспрецедентно высоки. Последнее обстоятельство стало предметом серьёзной обеспокоенности, и сегодня о климате много пишут и говорят. Однако с сожалением приходится констатировать явное несоответствие между важностью проблемы (ведь речь идёт о «здоровье» среды нашего обитания!) и той легковесностью суждений, а порой некомпетентностью, которыми при обсуждении её грешат многие, в том числе и весьма солидные, издания и телеканалы.

Надеемся, это издание поможет заинтересованному читателю «из первых рук» (его авторы многие годы имеют непосредственное отношение к исследованиям в области климатологии, метеорологии, физики и химии атмосферы) получить ответы на традиционные вопросы о климате и ознакомиться с современными взглядами специалистов на климат и его эволюцию.

В обиходе понятия «погода» и «климат» зачастую отождествляют, а это не совсем верно. Чуть вольно перефразируя академика А. С. Монина, можно определить климат как совокупность всех погодных условий, наблюдавшихся на конкретной территории за некоторый продолжительный промежуток времени. При этом такой «конкретной территорией» может быть как отдельная область (скажем, Курская), так и Западная Сибирь, Южная Америка или весь земной шар.

Даже школьник знает: холодно на севере и зимой, жарко на юге и летом, в тропиках — зной и ливни, а в полярных зонах круглый год — снег и льды. Поэтому, обсуждая климат относительно небольшого в глобальном масштабе региона, мы можем получить достаточно полное представление о его характерных чертах и особенностях. Однако описание материкового и тем более глобального климата неизбежно чревато утратой многих нюансов (например, среднегодовая средняя по земному шару температура воздуха у поверхности, рассчитанная с учётом, в частности, антарктической и тропической температуры, сродни средней температуре по больнице) и пригодно только для изучения самых общих закономерностей климата нашей планеты.

Вышеприведённое определение климата содержит довольно расплывчатое указание на длительность периода наблюдений. Действительно, какой промежуток времени следует считать «продолжительным» — месяцы, годы, десятилетия? Он не должен быть чересчур коротким, поскольку тогда изменениями климата придётся признать и смену времён года, и аномально жаркий (или холодный) год, даже если многие предшествующие ему и последующие годы были близки к норме. Однако климат характеризует некоторое среднее состояние природной среды в данной местности, а значит, это среднее состояние не должно заметно меняться от года к году. С другой стороны, использование достаточно длительного промежутка времени (например, столетия) тоже вряд ли возможно хотя бы из-за отсутствия разветвлённой сети станций, производивших по всему миру каждодневные измерения в течение такого срока. Следовательно, оптимальный выбор — где-то посередине.

Согласно рекомендации Всемирной метеорологической организации (ВМО), оптимальным полагается период продолжительностью 30 лет, а современным состоянием климата считается его среднее состояние за 1961–1990 годы. Несомненно, выбор промежутка времени несёт в себе элемент произвола, но почему именно 30 лет? Начиная с Международного геофизического года, проводившегося под эгидой ООН в 1957 году, мировое сообщество предпринимало успешные шаги по созданию и развитию всемирной системы контроля за окружающей средой, включавшей регулярный мониторинг метеорологических элементов — температуры воздуха, атмосферного давления, скорости и направления ветра, количества осадков и т. д. Таким образом, к моменту принятия вышеуказанной рекомендации ВМО уже существовал достаточно полный банк метеорологических данных, охватывавший приблизительно тридцатилетний период измерений.

С наступлением компьютерной эры и налаживанием качественного мониторинга, в особенности с привлечением спутниковых систем, объем данных измерений стал увеличиваться почти лавинообразно. Специфика работы с большими объёмами информации (а в климатологии ситуация именно такова) требует применения, как правило, статистических методов для их обработки. Поэтому нелишне упомянуть, что, говоря о средних величинах, здесь и далее мы имеем в виду значения величин, вычисленные в соответствии с правилами и требованиями математической статистики.

Климат каждой территории определяется, прежде всего, средней высотой Солнца днем над горизонтом: на севере оно ниже, на юге — выше (на это обратили внимание ещё в Древней Греции, и само слово климат происходит от греческого klima — наклон Солнца (БСЭ, 3-е изд., т. 12, с. 305)). Однако климат также зависит и от состояния нашей природной среды, обычно именуемой климатической системой Земли.

Климатическая система — не только атмосфера, где, как многие считают, весь климат и «содержится». Нет, она включает в себя и гидросферу (все океаны, моря, озера, реки), и криосферу (поверхность суши, снег, морской и горный лёд, а также лёд, содержащийся в материковых щитах Гренландии, Антарктиды и полярных островов), и, наконец, биосферу, объединяющую все виды живого. Все эти составляющие климатической системы находятся в тесной связи друг с другом и обмениваются энергией и массой (классическим примером такого обмена служит круговорот воды в природе). Составляющие климатической системы существенно различаются по массе и теплоёмкости. Так, массы атмосферы, слоя грунта толщиной 10 м и поверхностного слоя океана толщиной 240 м находятся в пропорции 1 : 5 : 15, а их суммарные теплоёмкости (тепловая инерция) соотносятся как 1 : 11 : 70. Океаны, моря и материковые льды образуют медленно меняющиеся составляющие климатической системы, а атмосфера, поверхность суши и морские льды с относительно малой массой и низкой теплоёмкостью находятся в ряду быстро меняющихся составляющих системы.

В климатической системе Земли существуют две основные периодичности: суточная (вращение Земли вокруг своей оси) и сезонная (вращение Земли вокруг Солнца), и эти периодичности формируют распределения основных климатических характеристик в пространстве и во времени. Для упорядочения и систематизации этих характеристик их часто усредняют по однородным регионам и интервалам времени, обычно связанным либо с указанными периодичностями (среднесуточные, среднегодовые значения), либо с частями этих периодов (средние часовые, среднемесячные и среднесезонные значения). Среди перечисленных особо выделим месячное осреднение как в некотором смысле естественное: анализ периодичности флуктуаций температуры нижней атмосферы показал, что их довольно чётко можно разделить на флуктуации с периодами меньше месяца (синоптические) и больше месяца (до полугода) (Монин, 1982). Этот факт «узаконивает» широко распространённое месячное осреднение почти всех метеорологических и климатических величин в публикациях и архивах данных измерений.

Физических величин, характеризующих текущее состояние климатической системы, насчитывается несколько десятков. Лишь немногие из них — температура воздуха (а в купальный сезон и воды в ближайшем водоёме), скорость ветра и интенсивность осадков — представляют повседневный интерес для обычного здорового человека. Но для специалистов, и синоптиков, и климатологов, не менее важны положение областей низкого и высокого атмосферного давления, наличие или отсутствие облачности, форма и толщина облаков, отражательная способность (альбедо) поверхности, температура и уровень солёности морской воды и многие другие характеристики атмосферы. Все они количественно описывают отдельные элементы климатической системы и/или позволяют оценить степень взаимодействия между ними. Именно на таких оценках строятся современные сложные физико-математические модели, позволяющие проводить разнообразные исследования климата Земли, включая и предсказания его вероятных изменений.

Здесь под изменениями климата подразумевается устойчивая тенденция к изменению какой-либо из вышеприведённых характеристик за длительный промежуток времени. Например, повышение среднегодовой среднеглобальной температуры приземного воздуха на 0,74 °С с начала XX века до настоящего времени дало основание говорить о глобальном потеплении, повлёкшем попутно изменения и других климатических характеристик. О происходящих в то же время относительно кратковременных изменениях будем говорить как о колебаниях климата. К этой категории можно отнести и сезонные изменения климатических характеристик, и происходящую раз в два-три года (квазидвухлетнюю) смену направления переноса воздуха в экваториальной стратосфере (на высотах 15–50 км) с запада на восток и обратно, и периодическую перестройку температуры поверхности океана и циркуляции нижней тропосферы (на высотах до 15–17 км) в тропической зоне Тихого и Индийского океанов (явление Эль-Ниньо). Влияние на текущее состояние климата могут оказывать и некоторые непериодические явления природы, в частности крупные извержения вулканов, сопровождающиеся забросом значительной массы газов и аэрозолей (пепла) в стратосферу. Как показывают результаты измерений, продолжительность их воздействия составляет от одного года до трёх лет.

Напрашивается вопрос: что, как и в какой мере сказывается на климате Земли?


Вернуться в раздел «О климате»


 

Охрана животных России / Издание, богатое цветными иллюстрациями, предназначено любителям природы и знакомит их с фауной России. Автор ведёт речь о биологических основах охраны и использования животного мира, его составе и распространении по природным ландшафтным зонам, говорит о проблемах, возникающих при хозяйственной деяОхрана животных России
Издание, богатое цветными иллюстрациями, предназначено любителям природы и ...
Лесной огород / В книге кандидата биологических наук рассказывается о наиболее важных и широко распространённых лесных съедобных растениях. Приводятся способы употребления их в пищу: в свежем виде, в виде соков, салатов, супов, чая. Значительное внимание уделяется рациональному использованию этих растений, их расшиЛесной огород
В книге кандидата биологических наук рассказывается о наиболее важных и широко ...
The MBR Book, Second Edition: Principles and Applications of Membrane Bioreactors for Water and Wastewater Treatment / A Membrane BioReactor (MBR) is the combination of a membrane process (e.g. microfiltration/ ultrafiltration) with a suspended growth bioreactor. When used with domestic wastewater, MBR processes can produce effluent of high enough quality to be discharged to waterways, or to be reclaimed for urban iThe MBR Book, Second Edition: Principles and Applications of Membrane Bioreactors for Water and Wastewater Treatment
A Membrane BioReactor (MBR) is the combination of a membrane process (e.g. microfiltration/ ultrafiltration) with a suspended growth bioreactor. When ...