Доказательства изменения климата

Введение.

КЛИМАТ [греч. klima - наклон (земной поверхности к солнечным лучам)], статистический многолетний режим погоды, одна из основных географических характеристик той или иной местности. Основные особенности климата определяются поступлением солнечной радиации, процессами циркуляции воздушных масс, характером подстилающей поверхности. Из географических факторов, влияющих на климат отдельного региона, наиболее существенны широта и высота местности, близость его к морскому побережью, особенности орографии и растительного покрова, наличие снега и льда, степень загрязненности атмосферы. Эти факторы осложняют широтную зональность климата и способствуют формированию местных его вариантов.

Изменения климата – длительные (свыше 10 лет) направленные или ритмические изменения климатических условий на Земле в целом или в ее крупных регионах. Причиной изменения климата являются динамические процессы на Земле, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, в огромной степени, деятельность человека. По данным Всемирной метеорологической организации, в последние десятилетия среднегодовая температура увеличивается аномально быстро.

Проблема глобального изменения климата является одной из ключевых экологических проблем Земли. Причиной изменения климата являются динамические процессы на планете, внешние воздействия, такие как колебания интенсивности солнечного излучения, и, в огромной степени, деятельность человека.

Доказательства изменения климата.

Они всем хорошо известны (это заметное уже и без приборов) - повышение среднемировой температуры (более мягкие зимы, более жаркие и засушливые летные месяцы), таяние ледников и повышение уровня мирового океана, а также всё чаще возникающие и всё более разрушительные тайфуны и ураганы, наводнения в Европе и засухи в Австралии. А кое-где, например, в Антарктике, отмечается похолодание.  
Если климат менялся и раньше, почему сейчас это стало проблемой?

Действительно, климат нашей планеты меняется постоянно. Всем известно про ледниковые периоды (они бывают малые и большие), про всемирный потоп и пр. Согласно геологическим данным среднемировая температура в разные геологические периоды колебалась от +7 до +27 градусов по Цельсию. Сейчас средняя температура на Земле составляет примерно +14оС и еще довольно далека от максимума. Так, чем же обеспокоены ученые, главы государств и общественность? Если коротко, обеспокоенность вызывает то, что к естественным причинам изменения климата, которые были всегда, добавляется еще один фактор – антропогенный (результат деятельности человека), влияние которого на изменение климата, по мнению ряда исследователей, становится все сильнее с каждым годом.

Причины изменения климата.

Главной движущей силой климата является Солнце. Например, неравномерное нагревание земной поверхности (сильнее у экватора) является одной из главных причин ветров и океанических течений, а периоды повышенной солнечной активности сопровождаются потеплением и магнитными бурями.  
Кроме того на климат влияют изменение орбиты Земли, ее магнитного поля, размеров материков и океанов, извержения вулканов. Все это -естественные причины изменения климата. До недавнего времени они, и только они, определяли изменения климата, в том числе начало и конец долговременных климатических циклов, таких как ледниковые периоды. Солнечной и вулканической активность можно объяснить половину температурных изменений до 1950 года (солнечная активность приводит к повышению температуры, а вулканическая – к снижению).  
В последнее время к естественным факторам добавился еще один – антропогенный, т.е. вызванный деятельностью человека. Основным антропогенным воздействием является усиление парникового эффекта, влияние которого на изменение климата в последние два столетия в 8 раз выше влияния изменений солнечной активности.

Парниковый эффект.

Парниковый эффект – это задержка атмосферой Земли теплового излучения планеты. Парниковый эффект наблюдал любой из нас: в теплицах или парниках температура всегда выше, чем снаружи. То же самое наблюдается и в масштабах Земного шара: солнечная энергия, проходя через атмосферу нагревает поверхность Земли, но излучаемая Землей тепловая энергии не может улетучиться обратно в космос, так как атмосфера Земли задерживает ее, действуя наподобие полиэтилена в парнике: она пропускает короткие световые волны от Солнца к Земле и задерживает длинные тепловые (или инфракрасные) волны, излучаемые поверхностью Земли. Возникает эффект парника. Парниковый эффект возникает из-за наличия в атмосфере Земли газов, которые обладают способностью задерживать длинные волны. Они получили название «парниковых» или «тепличных» газов. 

Парниковые газы присутствовали в атмосфере в небольших количествах (около 0,1%) с момента ее образования. Этого количества было достаточно, чтобы поддерживать за счет парникового эффекта тепловой баланс Земли на уровне, пригодном для жизни. Это так называемый естественный парниковый эффект, не будь его средняя температура поверхности Земли была бы на 30°С меньше, т.е. не +14° С, как сейчас, а -17° С.  
Естественный парниковый эффект ничем не грозит ни Земле, ни человечеству, поскольку общее количество парниковых газов поддерживалось на одном уровне за счет круговорота природы, более того, ему мы обязаны жизнью.

Но увеличение в атмосфере концентрации парниковых газов приводит к усилению парникового эффекта и нарушению теплового баланса Земли. Именно это и произошло в последние два столетия развития цивилизации. Угольные электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн парниковых газов в год. 

Климатические изменения в России в XX в. в целом соответствовали мировым тенденциям. Например, самыми жаркими за очень длительный срок также оказались 1990-егг. и начало XXI в., в особенности в Западной и Средней Сибири.

Интересный прогноз климатических изменений, ожидаемых на территории бывшего СССР до середины XXI в., опубликовал А. А. Величко. Ознакомиться с этим прогнозом, подготовленным лабораторией эволюционной географии Института географии РАН, можно с помощью составленных той же лабораторией карт последствий глобального потепления и уровней дестабилизации геосистем на территории бывшего СССР.

Были опубликованы и другие прогнозы. Согласно им, потепление климата в целом благоприятно скажется на Севере России, где условия жизни изменятся к лучшему. Однако перемещение к северу южной границы многолетней мерзлоты одновременно создаст целый ряд проблем, поскольку может привести к разрушению зданий, дорог, трубопроводов, построенных с учетом нынешнего распространения мерзлых грунтов. В южных районах страны ситуация окажется более сложной. Например, сухие степи могут стать еще более засушливыми. И это не говоря уже о подтоплении многих портовых городов и прибрежных низменностей.

Изменения климата и пути его преобразования.

За годы, прошедшие после второй мировой войны, методы климатологических исследований значительно изменились. Это связано прежде всего с получением многочисленных новых данных метеорологических наблюдений, относящихся к ранее не изучавшимся областям земного шара и недоступным слоям атмосферы. Особенно большое увеличение материалов метеорологических наблюдений произошло за период Международного геофизического года.

Не меньшее значение для прогресса климатологии имело развитие в последнее время новых методов анализа климатических процессов, позволяющих на основании общих физических законов количественно объяснять закономерности метеорологического режима.

К числу таких методов относится, в частности, изучение теплового энергетического баланса земной поверхности и атмосферы, оказывающего сильное воздействие на закономерности природных процессов. Особое значение материалов по тепловому балансу для понимания закономерностей природных процессов было установлено в трудах А. А. Григорьева, которые оказали большое влияние на развитие климатологических исследований этого направления.

В работах по проблеме теплового баланса, выполненных в Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова в течение последних 15 лет, были разработаны методы определения всех его составляющих, позволяющие строить их мировые карты. В результате этих работ был подготовлен и издан (в 1955 г.) «Атлас теплового баланса», включающий 66 мировых карт, характеризующих процессы преобразования солнечной энергии на земной поверхности. В последние годы в результате исследований, проведенных в период Международного геофизического года, получено много новых материалов по радиационному режиму и тепловому балансу, что позволило выполнить заново все расчеты составляющих теплового баланса и построить новые мировые карты, значительно более точные и детальные по сравнению с картами Атласа теплового баланса 1955 г. Эти карты сейчас публикуются в новом издании этого Атласа.

Материалы по тепловому балансу широко используются в современных (климатологических исследованиях, включая работы по генезису климата, по прикладной климатологии и по вопросам влияния климатических факторов на другие природные процессы. Быстрое развитие климатологических исследований теплового баланса привело к оформлению климатологии теплового баланса, как одного из разделов общей климатологии, связанного с изучением влияния преобразований солнечной энергии на климат. В самое последнее время были начаты работы по применению метода теплового баланса вместе с некоторыми другими методами теоретической климатологии для исследования закономерностей естественных изменений климата и для оценки возможностей воздействий на климат. Первые результаты указанных исследований излагаются в настоящем сообщении.

Известно, что наиболее крупные изменения климата, происходившие в геологическом прошлом, были связаны с изменениями термической зональности. В течение длительных интервалов времени термическая зональность была слабо выражена, причем температуры в высоких широтах гораздо меньше отличались от температур в тропиках, чем в современных условиях. Периоды со слабо выраженной зональностью неоднократно сменялись периодами, когда термическая зональность усиливалась и возникали оледенения. При этом последние развивались как в районах, близких к современному положению полюсов, так и в областях, которые лежат в тропических широтах.

В современной климатологии нет общепринятых представлений о закономерностях изменений термической зональности. Наличие многочисленных 'противоречивых гипотез в отношении этой проблемы связано, по-видимому, с односторонним характером ранее выполненных исследований, которые строились в основном на обобщении палеогеографических материалов без должного учета физических закономерностей климатических процессов.

Применение метода теплового баланса позволяет выяснить ряд вопросов, возникающих при изучении изменений термической зональности.

Первый из этих вопросов относится к объяснению причин существующей сейчас резко выраженной термической зональности. Как известно» начиная с античной эпохи сохраняется представление, что широтная термическая зональность Земли объясняется различиями в средних высотах Солнца, обусловленными шарообразной формой Земли. При этом считается, что чем меньше эти высоты, тем меньше радиации приходит на единицу горизонтальной поверхности, причем уменьшение количества радиации приводит к соответствующему понижению температуры воздуха. Такое представление в свое время было положено в основу понятия климат, которое в переводе с греческого означает «наклон», т. е. угол падения солнечных лучей.

Изучение полученных в последнее время материалов по радиационному режиму и тепловому балансу Земли показывает, что это представление нуждается в существенном уточнении.

Для оценки влияния радиационных факторов на термическую зональность можно использовать мировые карты суммарной радиации для декабря и июня из нового «Атласа теплового баланса» (рис. 1 и 2) и карты изотерм за те же месяцы. Как видно из этих карт, в зимнее время имеет место соответствие между убыванием средних величин суммарной радиации и понижением температуры воздуха при увеличении широты. Другое положение наблюдается в летнее время, когда суммарная радиация, приходящая на единицу горизонтальной поверхности в высоких широтах, оказывается гораздо больше суммарной радиации на экваторе. Анализ данных по радиационному режиму показывает, что в летнее время значительная продолжительность дня в высоких широтах с избытком компенсирует влияние небольших высот Солнца на средние величины суммарной радиации. Таким образом, понижение температуры в высоких широтах летом по сравнению с экватором отнюдь не объясняется уменьшением приходящей суммарной радиации.

Этот вывод имеет существенное значение, поскольку именно летние температуры в основном определяют природные условия в умеренных и высоких широтах. Если бы распределение температуры соответствовало распределению радиации, то очевидно, что температура в районе полюсов летом была бы близка к температурам в низких широтах. Это позволило бы, в частности, лесной растительности произрастать на арктических островах и побережьях.

Вопрос о причинах существенного понижения температур летом в полярных зонах по сравнению с экватором можно решить на основании анализа теплового энергетического баланса. Результаты такого анализа показывают, что основной причиной понижения летних температур в высоких широтах является влияние ледяных покровов Северного Ледовитого океана и Антарктиды. Из-за высокой отражательной способности снега основная часть суммарной радиации в высоких широтах отражается, и поглощенная радиация оказывается очень малой (рис. 3).