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»
Современные изменения климата неспециалисты часто отождествляют с повышением температуры приземного воздуха («глобальным потеплением»), не принимая во внимание происходящую одновременно эволюцию других климатических элементов (апокалипсические картины, написанные любителями поживиться на дутых сенсациях, естественно, не в счёт). Действительно, анализ данных регулярных метеорологических измерений беспристрастно подтверждает повышение средней глобальной температуры воздуха в течение прошедшего века (с 1907 по 2006 год) на 0,74 °С, причём линейный тренд температуры в последние 50 лет (0,13 °С за десятилетие) почти вдвое превышает соответствующее значение для столетия. В частности, 11 из 12 последних лет (включая 2006 год) стали самыми тёплыми за весь период инструментальных наблюдений за глобальной температурой, ведущихся с 1850 года.
Рис. 6. Изменение (АТ) среднегодовой среднеглобальной температуры приземного воздуха относительно средней за 1961–1990 годы. Сглаженные кривые — ход десятилетних средних значений температуры (Т), кружки — значения за отдельные годы. Область, окрашенная в синий цвет, — интервалы неопределённости оценок.
На рис. 6 представлена эволюция среднегодовой среднеглобальной температуры приземного воздуха (в отклонениях от среднего значения за 1961— 1990 годы) за весь период инструментальных наблюдений. При разности 1 °С между крайними значениями в 1862 и 1998 годах заметны минимумы потепления в 1860-е и 1910-е годы, максимумы в 1940–1944 годах и ускорение потепления начиная с 1960-х годов. Отметим, что скорость потепления в разных уголках земного шара неодинакова. Максимум её отмечается в средних широтах Северного полушария на материках. В частности, в Восточной Сибири, западнее озера Байкал, средняя температура зимой повысилась почти на 2 °С (рис. 7). Меньшее потепление отмечается на океанах, в средних широтах и в целом в Южном полушарии, где в субполярных широтах и в Антарктике в отдельных океанических секторах наблюдается даже похолодание.
Рис. 7. Изменение среднегодовой температуры приземного воздуха на территории России за 1975–2004 годы (Груза, Ранькова, 2004).
Повышение температуры в тропосфере, над приземным слоем воздуха, было несколько меньше, но соответствовало в основном его распределению над подстилающей поверхностью. Вблизи уровня тропопаузы прирост температуры сводится к нулю, а выше, в стратосфере, температура начинает понижаться и происходит это тем быстрее, чем выше расположен рассматриваемый слой.
Изменение суточного хода температуры нижней атмосферы заключается в том, что ночная температура повышается быстрее дневной, поэтому амплитуда суточного колебания несколько уменьшается. Пока ещё не вполне ясно, с чем это связано. Заметный вклад здесь может вносить увеличение ночной облачности, однако оно зарегистрировано не везде и полученные результаты, особенно данные наземных наблюдений, не вполне надёжны.
А что же происходит с другими климатическими характеристиками? Труднее надёжно зарегистрировать тенденцию изменения осадков из-за известной большой изменчивости их интенсивности во времени и в пространстве. В целом отмечается увеличение интенсивности осадков в высоких широтах, а также зимой в Северной Америке и Евразии и её уменьшение в субтропиках и в летний период в Средиземноморье и Южной Азии. На всех широтах снижается доля твёрдых осадков и возрастает доля жидких, в низких широтах летом больше доля ливней, а также засушливых условий. Повышение температуры нижней атмосферы и подстилающей поверхности приводит к существенному увеличению испарения и влагосодержания в приземном воздухе (примерно на 7 % в средних широтах при повышении температуры на 1 °С) и одновременному понижению температуры испаряющей поверхности, особенно покрытой густой растительностью.
Изменения интенсивности осадков и испарения влекут за собой и изменения в поведении поверхностных вод суши. Реки и озера в высоких широтах становятся более полноводными, а значит, увеличивается сток в реках, особенно в зимний и летний периоды и меньше в весеннее половодье. Лёд на реках и озёрах раньше вскрывается, и они позже замерзают. В низких широтах сток рек, напротив, может заметно уменьшиться даже в половодье. Площадь снежного покрова зимой в Северном полушарии уменьшилась с 1980 года на 8,3 % из-за того, что за зиму накапливается меньше снега. Снижается влажность почвы и увеличивается повторяемость засух.
Существенно изменяется и повторяемость экстремальных погодных явлений: зимой меньше сильных волн холода и больше оттепелей, летом больше волн тепла и засух, интенсивные ливни, приводящие к наводнениям, как это происходило в последние годы в Западной Европе и Северной Америке. Увеличивается повторяемость ураганов в северо-западной части Атлантики и тайфунов в западной части Тихого океана.
Наблюдаются устойчивые тенденции (тренды) в других составляющих климатической системы. Помимо отмеченного выше сокращения площади и продолжительности залегания снежного покрова, происходит заметное уменьшение площади горных ледников, а также площади морского льда в Северном полушарии — на 3 % за год и на 7 % летом за десятилетие начиная с 1978 года (по спутниковым данным). Изменения массы материковых льдов Гренландии и Антарктиды уже вызывают ускоренное повышение среднего глобального уровня Мирового океана начиная с 1990-х годов. Более быстрое потепление в Северном полушарии приводит к ускоренному таянию гренландских льдов в средней и южной прибрежных частях острова и учащению откола айсбергов.
Повышение уровня Мирового океана, которое в XX веке составило 17 см, представляет собой одно из важнейших (если не важнейшее) проявлений глобального изменения климата. Оно затрагивает почти все стороны жизнедеятельности людей на побережьях, где сосредоточена значительная часть населения земного шара. Людям, живущим на небольших островах, особенно в Тихом океане, повышение уровня океана грозит полным затоплением в ближайшие столетия и, возможно, даже десятилетия, поскольку именно там его скорость возрастает. Последние, более точные, измерения, в том числе спутниковые, свидетельствуют о том, что скорость повышения уровня Мирового океана возросла за последние 15–20 лет до 3,3 мм/год (предыдущая оценка, полученная по данным наземных измерений, правда, со значительными погрешностями, составила 2,0 мм/год). Такое повышение уровня океана связано в основном с тепловым расширением воды при нагреве его верхних слоёв.
Измерения температуры воды в верхнем 700-метровом слое Тихого и Атлантического океанов зафиксировали её повышение, несколько более медленное, чем на материках, из-за большей теплоёмкости океана. Изучение баланса энергии показало, что в океаны и моря поступает около 80 % энергии, приходящей из атмосферы к поверхности Земли, при том, что площадь океанов составляет 71% площади поверхности Земли. Потепление приповерхностных вод может заметно отразиться на характере и географии течений в Мировом океане.
Наиболее важную роль играет северная часть Атлантического океана, где формируется так называемый океанический конвейер — система глубинных течений Мирового океана. Здесь происходит опускание в глубину холодных вод с поверхности, которые перетекают потом в другие океаны. Эти воды поднимаются к поверхности в ряде районов тропиков и субтропиков, нагреваются и ветровыми «дрейфовыми» течениями переносят тепло в высокие широты. Повышение температуры поверхности океана, обусловленное парниковым эффектом, со временем может привести к изменению скорости водооборота в этом конвейере, что серьёзно отразится на глобальном и региональном климате.
Известно, что течение Гольфстрим «обогревает» Западную Европу. Указанные здесь изменения в составляющих климатической системы обладают значительно большей инерцией, чем изменения в атмосферных климатоформирующих факторах. Однако, как показали расчёты, отклонение Гольфстрима от Европы не приведёт, тем не менее, к климатической катастрофе. Через 100–200 лет, когда оно могло бы произойти, уровень глобального потепления за счёт парникового эффекта перекроет ожидаемое похолодание в Западной Европе, обусловленное изменением траектории Гольфстрима. Вместе с тем возможная перестройка океанического конвейера заслуживает внимательного модельного исследования.
Нет сомнений в том, что наш климат меняется: результаты комплекса измерений, проведённых в последние 100–150 лет, наглядно это доказывают. Более того, изменения климата названы выше беспрецедентными. Однако что такое столетие в многотысячелетней истории нашей планеты? Так ли уж уникальны сегодняшние изменения климата? В какой-то степени ответы на эти вопросы помогает нам дать анализ результатов измерений в ледовых кернах Гренландии и Антарктиды, осуществлённых в недавнем прошлом.
Хорошо известно, что глобальный климат менялся в прошлом без видимого участия человека. Достаточно вспомнить сравнительно недавние (имеется в виду геологический отсчёт времени) ледниковые периоды, следы которых хорошо видны и изучены во многих регионах мира (даже в тропиках). Есть достойные внимания доказательства того, что после окончания последнего ледникового периода (около 15–20 тыс. лет до н. э.) был период (около 6 тыс. лет до н. э.) с более тёплым, чем нынешний, климатом в Северном полушарии со среднеглобальной температурой почти на 1 °С выше современной (так называемый климатический оптимум голоцена). За последнюю тысячу лет были периоды потеплений и похолоданий продолжительностью до 200–300 лет естественного происхождения (последнее потепление с максимумом зимой в западной части Евразийской Арктики отмечалось в 1930–1940-х годах). Не является ли наблюдающееся потепление также естественным? Такое предположение высказывают и некоторые климатологи.
Два существенных факта противоречат ему. Во-первых, все потепления и похолодания климата в прошлом происходили много медленнее — скорость современного потепления в сотни раз выше и не имеет аналогов в истории климата. Во-вторых (и это наиболее важно), многочисленные и весьма точные измерения концентрации CO и метана в пузырьках воздуха, вмёрзших в слои льда ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии, которые образовались десятки и сотни тысяч лет назад, показывают, что эти концентрации не выше, чем в доиндустриальный период, т. е. меньше 270–280 млн-1 по объёму для CO (другими словами, на один миллион молекул воздуха приходилось меньше 270–280 молекул углекислого газа) и 0,6–0,8 млн-1 для CH4 при их современных уровнях 380 и 1,8 млн-1 соответственно. Указанные значения концентрации относятся к межледниковым периодам, в максимумы оледенения они были значительно ниже (например, концентрация CO — почти на 100 млн-1). К сожалению, точность определения дат образования ледниковых слоев пока не позволяет установить последовательность наступления потепления и роста содержания парниковых газов в атмосфере, но наличие связи между ними тем не менее несомненно.
Палеоклиматические данные подтверждают необычность происходящих климатических изменений, по крайней мере, для последних 1 300 лет. Однако в наш прагматичный век «дела давно минувших дней, преданья старины глубокой» вряд ли хоть сколько-нибудь заинтересуют подавляющее большинство наших современников. Иное дело — ближайшая перспектива. Какие изменения окружающей среды ожидают нас в два-три ближайших десятилетия? Конечно, точного ответа на этот актуальный вопрос не может дать никто, но существующие модельные оценки позволяют нам предположить с высокой долей вероятности, как будет меняться климат нашей планеты в указанные сроки. Надеемся, наш рассказ об этом будет интересен читателю.
Вернуться в раздел «О климате»
Arctic Ecological Research from Microwave Satellite Observations 
В мире заповедной природы 
Predictability of Tropical Cyclones: «Understanding the limits and uncertainties in Hurricane Prediction»