Ігор кароль андрей киселів рецензії. До читача. Ігор Кароль Андрій Кисельов. Кліматична система землі

Андрій Кисельов, Ігор Кароль
«Природа» №11, 2015

Близько 10 років тому вийшла наша стаття, присвячена проблемі атмосферного метану. У ній зокрема висловлювалося переконання про збереження підвищеного інтересу до цієї теми в майбутньому. Такий висновок був очевидним і не вимагав особливої ​​прозорливості, тому не дивно, що він підтвердився. Справді, весь цей час метан продовжував залишатися як предметом всебічних інтенсивних досліджень, і об'єктом низки політичних рішень. Словом, накопичилося багато нової та, на наш погляд, цікавої інформації, яку ми хотіли б надати увазі читачів «Природи». Однак про все по порядку.

Метан (СН 4) - один з основних парникових газів, «відповідальних» за глобальне потепління, що широко обговорюється в останні роки. Вклад атмосферного метану в нього – другий після вкладу СО 2 [ , ]. У той же час молекула СН 4 «працює» на глобальне потепління значно, в десятки разів, ефективніша за молекулу вуглекислого газу. Вимірювання показують, що починаючи з доіндустріального періоду концентрація метану зросла приблизно на 150%, тоді як концентрація 2 - лише на 40%. Тому роль СН 4 як парникового газу невпинно зростає. Не зайве додати, що збільшення вмісту метану сприяє зростанню концентрації іншого парникового та життєзабезпечувального газу – озону – як у тропосфері, так і в стратосфері. Б оБільша частина атмосферного метану має біогенне бактеріальне походження. Хімічно він не утворюється. Тому надходження природного метану в атмосферу повністю контролюється його потоками із земної поверхні. Основні природні джерела СН 4 - заболочені території, прісноводні водоймища, поверхня океану, а також колонії термітів та спалювання біомаси внаслідок пожеж. З антропогенною діяльністю пов'язані потоки метану в атмосферу при видобутку викопного палива, з полігонів поховання побутових відходів і сміття на звалищах, при очищенні стічних вод, розширенні сільськогосподарських угідь (рисових плантацій), розведенні великої рогатої худоби та ін. похибки в оцінках їхньої інтенсивності. Руйнування молекул метану відбувається в результаті його атмосферних хімічних реакцій з гідроксилом (~90%) і атомарним хлором (понад 35 км).

Метан "глобальний, міжнародний"

Як відомо, моніторинг концентрації атмосферного метану проводиться вже протягом кількох десятків років у різних куточках земної кулі. В останні роки зроблено успішні кроки щодо покращення його якості. З цією метою збільшено кількість станцій спостереження, впроваджено системи безперервного стеження, підвищено точність вимірів. В результаті похибка (стандартне відхилення) при оцінці зростання вмісту метану в атмосфері скоротилася з ±3,3 млрд −1/рік у 1980-х роках до ±1,3 млрд −1/рік 2000-х. Розширення бази даних вимірів та поліпшення їх якості дозволили по-новому поглянути на особливості природних процесів, відповідальних за формування поля метану, - його надходження в атмосферу та подальшого руйнування, а також ретельніше оцінити внесок метану у глобальне потепління.

То що відбувалося з атмосферним метаном в останні десятиліття? Подивимося, як змінювалася концентрація СН 4 за чверть століття (рис. 1). Загалом його вміст у атмосфері, відповідно до прогнозів, зростав. Однак, попри очікування, зростання це не було монотонним: з 1999 по 2007 р. концентрація метану наче «набиралася сил» перед наступним «сходженням». Причини такої її поведінки до кінця не зрозумілі, але, швидше за все, справа в нестачі наших знань про інтенсивність джерел і стоків СН 4 , які, як і раніше, потребують додаткових уточнень та аналізу. І це при тому, що інвентаризація джерел метану проводилася дуже інтенсивно. Так, у 1990-х роках щороку в атмосферу надходило приблизно 560 Мт СН 4 (з розкидом 360-892 Мт СН 4). На початку ХХІ ст. (з 2000 по 2009 р.) щорічний потік метану в атмосферу становив 678 Мт (при розкиді 542-852 Мт). Зазначимо значне скорочення розкиду оцінок у другому випадку.

Отже, емісія метану зростала. Але що цікаво: частки природних і антропогенних джерел виявилися переглянуті. Якщо за уявленнями, що існували в 1990-х, приблизно 2/3 викидів СН 4 припадало на його антропогенну емісію, то в першій декаді поточного століття виник приблизний паритет між природними та антропогенними джерелами (рис. 2). Зрозуміло, йдеться не про констатацію настільки помітної зміни інтенсивності різних джерел у природі, а лише про різницю їх визначення при інвентаризації. Неважко бачити, що зміна співвідношення між джерелами зумовлена ​​недооцінкою натуральної емісії метану у минулому (при цьому антропогенні потоки залишилися майже незмінними). Зверніть увагу: сказане стосується глобальних оцінок; у густонаселених районах антропогенні джерела, звісно, ​​превалюють.

Бюджет метану у першому десятилітті ХХІ ст. складався з багатьох джерел. Найбільшу корекцію, порівняно з ранніми оцінками, зазнала емісія з природних перезволожених територій, величина якої зросла майже вдвічі, зі 110 до 217 Мт/рік (рис. 3). Це і зумовило збільшення частки природних джерел. Розрахунки, виконані за допомогою моделей, що враховують хімічні перетворення в атмосферному повітрі, показують зростання з часом вмісту в атмосфері гідроксильного радикалу ВІН, що руйнує метан, і, як наслідок, інтенсифікацію стоку СН 4 [ , ]. Останньою обставиною зумовлено зменшення часу перебування метану в атмосфері (його «часу життя»): сьогодні вважається, що він становить 9,1±0,9 року , тоді як раніше зазвичай використовували значення 10 років .

Фотохімічні взаємодії в умовах зростання емісії метану спричиняють зміни вмісту, особливо в стратосфері, інших найважливіших парникових газів - водяної пари, вуглекислого газу та озону, а отже, і радіаційного балансу. Ця обставина відбивається на зростанні сукупного внеску СН 4 у зміни сучасного клімату.

Таким чином, незважаючи на неясності, що залишаються, і невизначеності, можна констатувати збільшення вмісту метану в атмосфері, що продовжується, і посилення його (як парникового газу) вкладу в глобальне потепління. В умовах відсутності ефективного механізму стримування потепління в рамках міжнародних домовленостей виникла ідея скорочення викидів газів та аерозолів, чий вплив на радіаційний режим та клімат є значним, але час перебування в атмосфері (тижня, місяці чи роки) істотно коротший, ніж у СО 2 (~100) років), з чого випливає, що відгук кліматичної системи має виявитися досить швидко. З метою реалізації цієї ідеї на початку 2012 р. було створено коаліцію у складі Бангладеш, Гани, Канади, Мексики, США та Швеції, до якої невдовзі приєдналися всі країни «Великої вісімки», у тому числі й Росія. Передбачається, що завдяки заявленим коаліцією заходам зростання приземної температури повітря до 2050 року не перевищить 0,5°С. Головне місце у переліку таких короткоживучих кліматичних забруднювачів ( short-lived climate pollutants) займають чорний вуглець ( black carbon) і наш герой – метан.

Метан «всеросійський»

Результати контролю над станом довкілля Російської Федерації та її забрудненням протягом останніх років регулярно публікувалися. Зусиллями низки інститутів Федеральної служби з гідрометеорології та моніторингу навколишнього середовища починаючи з 2005 р. готуються та публікуються щорічні огляди. Донедавна, відповідно до зобов'язань нашої країни в рамках Кіотського протоколу, періодично надходили офіційні повідомлення з докладним описом та аналізом антропогенної емісії парникових газів з російської території.

Дані про антропогенні викиди метану в атмосферу з російських джерел в останні десятиліття (табл.) розраховані згідно зі стандартними методиками Міжурядової групи експертів щодо зміни клімату [ , ]. «Енергетична» частка становить близько 75% у загальній антропогенній емісії російського метану, «сільськогосподарський» внесок оцінюється у 8–12%, «обробка відходів» привносить ще 12–15%, а за 2% «відповідальні» лісові пожежі, що виникли як за антропогенним, і з природним причин. В «енергетичному» секторі на безпосереднє спалювання палива припадає лише 0,9% (!), решта – наслідок технологічних викидів та витоків. Продукти життєдіяльності великої рогатої худоби «забезпечують» левову частку викидів метану у «сільськогосподарському» секторі. Таким чином, антропогенна емісія СН 4 в Росії, як і раніше, «спочиває на трьох китах»: енергетиці, сільському господарстві та обробці промислових та побутових відходів.

Таблиця.Викиди метану (в Мт СН 4 / рік) у різних секторах господарства Росії.

Про природні джерела метану відомостей значно менше. Якщо з оцінки його антропогенної емісії розроблено і впроваджено загальноприйняті методики, то інвентаризації природних викидів таких процедур немає. Це не дивно: довгі роки першочерговий інтерес представляли якраз антропогенні джерела, оскільки контролювати їх і керувати ними все ж таки помітно простіше, ніж їх природними «побратимами». На перший погляд парадоксально, але похибки оцінок емісії метану з перезволожених територій – основного натурального джерела СН 4 – у 2000-х роках збільшилися порівняно з 1990-ми. Сталося це внаслідок зростання кількості досліджень, присвячених визначенню розміру викидів метану з поверхонь, покритих різними і різноманітними типами рослинності. Облік такого різноманіття, раніше недоступний, потребує чіткого поділу ділянок земної поверхні за принципом переважання кожному з них тієї чи іншої рослинного типу, проте у природі такий поділ можна лише з великою часткою умовності. На жаль, нам невідомі нещодавні публікації, які містять оцінку потоку метану з російських перезволожених територій, тому доводиться посилатися на роботи, в яких розподіл на регіони відбувається не національними кордонами. Так, існують оцінки емісії СН 4 з перезволожених територій «північної Євразії» (повністю російських) – 9 Мт СН 4 /рік (з розкидом 4–13 Мт СН 4 /рік) та «Євразії помірних широт» (що охоплює поряд з російськими та частина земель наших південних сусідів) - 2 Мт СН 4/рік. За іншими розрахунками, потік метану з тундри, як євразійської, так і північноамериканської, становив у 1990-х та 2000-х роках 13,7 та 14,7 Мт СН 4 /рік (з практично дворазовою невизначеністю) відповідно. Виходячи з наведених оцінок, можна зробити висновок, що російська природна емісія метану досягає величини близько 10 Мт СН 4 /рік або трохи більшої, проте вона потребує уточнення через значні похибки, що зберігаються в розрахунках. Таким чином, якщо прийняти це припущення, сучасний загальний викид метану з Росії становить близько 35 Мт СН 4 /рік. Така величина збігається з нижньою межею ранньої оцінки.

Метан "російський, арктичний"

Сьогодні Арктика – зона загальної підвищеної уваги. Багато в чому це викликано темпами її потепління: за останні 100 років потепління тут відбувалося приблизно вдвічі інтенсивніше, ніж у середньому по земній кулі. Одночасно зі збільшенням температури приземного шару повітря в Арктичному регіоні відзначено зміну кількості опадів, вмісту ґрунту та річкового стоку; зменшення площі морських льодів; збільшення глибини протаювання у зоні вічної мерзлоти. Такі значні зміни кліматичної обстановки відкривають привабливі перспективи розвитку регіону (організація регулярних перевезень Північним морським шляхом, видобуток корисних копалин тощо), але водночас виявляють серйозні додаткові ризики (наприклад, прискорення деградації мерзлоти та пошкодження розташованої на ній). . Очевидно, зазначені зміни обумовлені як регіональними особливостями (рельєфом, альбедо поверхні, системою панівних вітрів і течій, емісією в атмосферу парникових газів і аерозолів і т. д.), так і перенесенням тепла вітрами і течіями з південних широт до полюсів. Тому правомірним є питання: чи визначається еволюція сучасного арктичного клімату головним чином тим, що відбувається безпосередньо в Арктиці, чи вона значною мірою формується ззовні, тобто під дією зовнішніх факторів більшого масштабу? Для відповіді на нього необхідний цілий комплекс досліджень, що включає в першу чергу забезпечення якісного та безперебійного моніторингу метеорологічних параметрів та вмісту парникових газів (СО2, СН4) у регіоні, а також їх оперативну обробку та аналіз.

У попередній статті ми нарікали на відсутність розгалуженої мережі станцій спостереження в нашій країні, сьогодні констатуємо: стан справ покращується, але повільно. Зараз в Арктиці налічується більше двох десятків станцій, що постійно діють (рис. 4), чотири з них російські: «Териберка» (Кольський півострів, узбережжя Баренцева моря), «Новий Порт» (п-ів Ямал, берег Обської губи), «Черський» (крайній північний схід Якутії, нижня течія р. Колими) та «Тіксі» (арктичне узбережжя, море Лаптєвих, затока Сого). На останній їх робота ведеться спільно Фінським метеорологічним інститутом, Головною геофізичної обсерваторією (Санкт-Петербург) і NOAA/ESRL (США). «Теріберка» - найстаріша станція, спостереження на ній стартували в 1988 р. На решту початку спостережень припало на перше десятиліття XXI ст.: 2002 («Новий Порт»), 2009 («Черський») та 2010 р.р. («Тіксі») . Розташування вищезгаданих російських станцій дозволяє виділити місцеві особливості поведінки концентрації метану. Три з них («Териберка», «Черський» та «Тіксі») можна розглядати як фонові, а станція «Новий Порт» знаходиться на відстані 80–250 км від найбільших у Росії газових родовищ, тому дані вимірювань на ній дозволяють контролювати техногенні викиди. .

Дані вимірювань концентрації СН 4 на «Териберці» близькі до результатів моніторингу інших арктичних фонових станціях (рис. 5). У той же час концентрації метану, зафіксовані на станції «Новий Порт», суттєво вищі: на результатах вимірювань позначився вплив техногенних джерел. Істотна різниця мала місце в амплітуді сезонних коливань: 60 млрд −1 на «Теріберці» проти 200 млрд −1 і більше у «Новому Порту». У цьому максимальні значення концентрації спостерігалися зимові місяці.

Важливо також і те, що станції «Новий Порт» та «Тіксі» знаходяться в зоні суцільної багаторічної мерзлоти з безліччю невеликих термокарстових озер, що накладає відбиток на концентрацію метану. В останні роки широко дискутується питання про можливий внесок кріолітозони Східного Сибіру у формування полів концентрації метану в Арктичному регіоні. У цьому розглядаються кілька можливих версій емісії метану, саме: а) виділення газоподібного метану з газогідратів, великі поклади яких виявлено на шельфах морів Лаптєвих, Чукотського та інших.; б) виділення метану, похованого в шарі багаторічної мерзлоти, зі збільшенням періоду та глибини її протаювання (сюди ж примикає і версія, пов'язана з роллю невеликих та відносно неглибоких карстових озер, що утворилися в місцях інтенсивного танення багаторічної мерзлоти); в) внесок найбільших річок Східного Сибіру в перенесення розчиненого метану до моря Північного Льодовитого океану.

Гідрати метану являють собою схожу на лід субстанцію - суміш води та метану, що існує при температурі не вище 20°С і тиск не нижче 3-5 МПа в покритих водою осадових породах на глибині 300-500 м. Вважається, що 99% гідратів у глобальному масштабі сконцентровано на континентальному шельфі. Щільність СН 4 в гідратах більш ніж 160 разів перевищує щільність чистого метану при стандартних тиску і температурі. Досі існує велика невизначеність в оцінках загального обсягу газогідратів, а також невідомо, наскільки вони чутливі до потепління клімату, перебуваючи в осадових породах під шаром води.

Більше половини ресурсів гідратного метану Росії посідає арктичні моря (рис. 6). В даний час ведуться роботи з вивчення механізмів та умов вивільнення метану з газогідратів та подальшого попадання його в атмосферу, але ці дослідження далекі від завершення.

Згідно з прийнятою сьогодні градацією, російська область вічної мерзлоти (що охоплює приблизно 2/3 території країни) ділиться на три зони - суцільну, переривчасту та острівну. Суцільна зона займає б обільшу частину Сибіру від Єнісея до Берингової протоки і поширюється південь до 44° з. ш., тут земля постійно проморожена на глибину кількох сотень метрів. На південь знаходиться зона переривчастого масивно-острівного поширення мерзлоти, яка займає від 40 до 70% території. Периферійний острівний пояс простягається від Кольського півострова та Архангельської обл. на європейському арктичному узбережжі до Північного Китаю та Монголії, а також включає частину Камчатки. Острови мерзлоти займають, зазвичай, трохи більше 10% загальної площі території.

Як не парадоксально, про «те, на чому стоїмо» (у буквальному сенсі), ми знаємо не так вже й багато, а існуючі оцінки мають великі похибки. На думку відомого шведського фахівця Т. Крістенсена, досі не створено достовірної карти зони вічної мерзлоти, уривчасті відомості про товщину багаторічномерзлих ґрунтів (рекордна глибина залягання багаторічної мерзлоти - 1370 м - зафіксована в лютому 1982 р. в В.В. . Але безперечно, що з деградації з шару мерзлоти вивільняється і потрапляє у атмосферу метан: цей факт підтверджується недавніми вимірами (рис. 7). Фонові концентрації СН 4 у районі станції «Тіксі» у період інтенсивного танення вічної мерзлоти (липень-вересень) перевищено на 5–10%.

За сучасними оцінками, величина потоку метану, викликаного таненням вічної мерзлоти, невелика і до того ж має велику похибку: 1 Мт/рік при розкиді 0-1 Мт/рік. Проте прогнозоване прискорення темпів танення мерзлоти безсумнівно позначиться і обсягах викидів СН 4 в атмосферу.

Ще одним джерелом метану в морях східної Арктики вважаються великі сибірські річки (Об, Єнісей, Лена та ін). Їхні водозбори знаходяться на території з багаторічною мерзлотою, що зберігає величезні запаси органічного вуглецю, у тому числі у вигляді метану. "Поживним резервуаром" для Обі служать Васюганські болота, які стали об'єктом всебічного вивчення останнім часом, а для Олени - озера Колимо-Індигірської та Приморської низовин. Як наслідок, спостерігається збільшення концентрацій розчиненого СН 4 у річкових гирлах. З іншого боку, оскільки транспорт метану річковими водами відбувається в аеробних умовах (тобто за наявності кисню), деяка його частина окислюється. У результаті, за даними експедицій 2003-2006 рр., більше 80% придонних і більше 50% поверхневих проб, отриманих на дрібному шельфі (глибина менше 50 м), були перенасичені розчиненим метаном.

Особливий інтерес викликає гігантська дельта Олени, що займає площу близько 29 тис. км 2 . На їхню думку, тут мають відбуватися безперервні біологічні процеси, оскільки температура донних опадів навіть у зимовий період не опускається нижче 0°С. Восени 2013 р. у дельті відкрилася багатопрофільна станція «Острів Самойловський», до завдань якої входили й спостереження за зміною клімату (хоча дослідження у цьому регіоні проводяться вже понад 10 років). Група німецьких учених вивчала емісію метану із різних типів поверхні дельти. Вони змогли показати, наскільки потік метану в атмосферу залежить від типів рельєфу та рослинності, а також ступеня зволоженості поверхні в пониззі Олени (рис. 8).

На основі аналізу отриманих результатів потік метану в дельті Олени оцінений величиною 282 т СН 4 на рік. У роботах Н. Є. Шахова та І. П. Семилетова (учасників кількох морських експедицій на російському арктичному шельфі) фігурують значно більші величини. Однак обсяг інформації поки що недостатній для остаточних висновків.

Метан "як дзеркало боротьби з глобальним потеплінням"

Сьогодні у світі немає масштабних угод, спрямованих на колективне скорочення емісії парникових газів для пом'якшення наслідків зміни клімату. Недостатня ефективність Кіотського протоколу спричинила відмову низки країн (Канади, Росії, Японії) від продовження його дії після 2012 року. викид парникових газів становить близько 15% загальносвітового. У цих умовах поява вже згаданої коаліції виглядає до певної міри альтернативою по суті Кіотському протоколу, що «зійшов нанівець». І, виходячи із оголошених нею пріоритетів, закономірно, що серед усіх парникових газів саме метан виявився «слабкою ланкою».

Ряд недавніх досліджень говорить про те, що субстанції, час перебування яких в атмосфері не перевищує кількох тижнів або місяців, можуть істотно впливати тільки на локальний, але не на глобальнийклімат. Це безпосередньо відноситься до більшості короткоживучих кліматичних забруднювачів, у тому числі до чорного вуглецю. Інша справа - метан: його «час життя» в атмосфері значно триваліший, але водночас він у кілька разів менший, ніж у вуглекислого газу. З урахуванням високого, другого місця метану в «рейтингу» антропогенних газів, що впливають на глобальне потепління, він найбільш зручний для «регулювання» (наскільки це можливо) клімату в найближчі десятиліття.

Коротко підіб'ємо підсумки «за звітний період». Результати моніторингу свідчать, що концентрація метану в атмосфері в XXI ст. продовжувала зростати. За оцінками фахівців, зростала його емісія. Вклад CH 4 у глобальне потепління стає все більш вагомим, і це забезпечує пильну увагу до метану та в майбутньому.

У міру вдосконалення вимірювальних засобів деталізуються підходи до аналізу регіональних особливостей формування поля атмосферного метану. Уточнюється величина емісії СН 4 від окремих як промислових, і натуральних джерел, скорочується похибка у її оцінках.

Особливе місце у дослідженнях останніх років займає Арктика, що зазнала надзвичайно високого, порівняно з глобальним, потепління. Серед причин такого стану справ фахівці повною мірою називають і зростання вмісту метану в атмосфері. Наслідки прискореного арктичного потепління відкривають значні економічні вигоди при освоєнні регіону, але несуть у собі додаткові загрози його екології та клімату. Тому при Арктичній раді

Схвалено до видання Науково-редакційною радою проекту «Наука і мир» Голова – В. А. Садовничий Заступники голови – С. М. Дерев'янко та І. В. Ільїн Н. Андрєєв, К. В. Анохін, Є. Л. Вартанова, К. С. Дерев'янко, Б. Л. Єрьомін, Ю. І. Журавльов, А. А. Залізняк, Ю. П. Зінченко, Ю. А. Золотов, Д. С. Іцкович, А. А. Кам'янський, В. П. Карліков, С. П. Карпов, Н. С. Касимов, А. Є. Кібрик, М. П. Цегляних, Н. П. Красинська , М. А. Кронгауз, Ст Ст Лунін, Є. І. Майорова, Д. Є. Перушев, А. Є. Петров, Ст А. Плунгян, Д. Ю. Пущаровський, Ст А. Рубаков, В П. Скулачов, В. Б. Спіричов, В. А. Твердіслов, В. А. Ткачук, В. І. Трухін, А. М. Черепащук, С. О. Шмідт, Я. Л. Шрайберг, А. Ю Шутов, В. Л. Янін Науково-просвітницький проект «Наука і світ» заснований у 2009 роціПровідний редактор проекту Н. Красинська

До читача

Наша книга присвячена сучасному клімату Землі. На цю тему останніми роками написано чимало. І тому закономірним є питання про доцільність нового до неї звернення. Наведемо такі аргументи на користь необхідності написання книги нами, кліматологами саме сьогодні. По-перше, клімат змінюється, причому дуже інтенсивно. Підтвердженням цього є не лише наші суб'єктивні відчуття, а й отримані на безперебійній основі дані спостережень (моніторингу, зокрема супутникового). Зростає кількість природних катастроф. Ці зміни відбуваються навколо нас, у середовищі, в якому ми живемо, а отже, стосуються безпосередньо кожного, позбавляючи можливості зайняти зручну позицію стороннього спостерігача. Висловлюючись мовою капітана Жеглова, тут у нас «любов із інтересом»…

По-друге, як ніколи, нагальна задача відшукання причин змін клімату. Якщо надійно встановити механізми, що визначають поведінку кліматичної системи Землі, можна успішно прогнозувати майбутні зміни клімату, а згодом, можливо, і спрямовувати ці зміни у бажане русло. Заманливо? Безумовно, проте... Є чимало тем, які викликають живий суспільний інтерес, обізнаними в яких себе вважає більшість людей. Кажуть, у голові кожного зі 190 мільйонів бразильців є свій варіант непереможної національної футбольної збірної, а будь-який італієць упевнений, що тільки йому відомий «найправильніший» рецепт приготування піци. Про причини змін сучасного клімату, звичайно, висловлюються не всі, але «свіжий погляд» на проблему оприлюднять астрономи та географи, математики та історики… чиновники та екстрасенси. Особливим коханням тема користується у геологів. Безсумнівно, кліматологи не мають ексклюзивного права на формування гіпотез про пружини механізмів, що змінюють клімат. Однак будь-яка гіпотеза має бути не просто сформульована, а й підкріплена фактами та розрахунками, вона також не повинна входити в суперечність із наявними основами кліматології. На жаль, фахівці у суміжних дисциплінах, що цілком зрозуміло, «не тримають руку на пульсі» останніх пошуків у галузі кліматології та метеорології, внаслідок чого їхня «астрономічна» чи «геологічна» теорії обов'язково сягає корінням у полі діяльності автора, а для підкріплення теорій вибираються виключно узгоджуються з ними дані моніторингу. Ми навмисне не персоніфікуємо і не викладаємо подібні теорії, пам'ятаючи про досвід стародавніх, які вирішили забути Герострата.

По-третє, наша книга – резонанс на «праведні праці» багатьох журналістів і митців. Суспільний інтерес до проблеми змін клімату породжує відповідну пропозицію. І ось уже на гребені цього інтересу з'являється кілька фільмів-катастроф, а телепередачам та статтям у друкованих ЗМІ нема числа. При цьому кваліфіковані оцінки фахівців сприймаються буденно, без особливих емоцій і залишаються майже непоміченими. Натомість чим безглуздіша висловлювана «теорія», тим вищий ажіотаж у пресі. Зрозуміло, що тут панує принцип «гроші не пахнуть». Але людям у нашій країні, які традиційно звикли довіряти друкованому слову, тим самим завдається серйозної шкоди. Хтось приймає такі публікації за чисту монету, хтось, навпаки, втрачає довіру і становить безсторонню думку про «вчених», що несуть несусвітню нісенітницю, хтось, ознайомившись з двома-трьома нісенітницями, що суперечать один одному, і зовсім перестає цікавитися проблемою («Хай спочатку вони домовляться між собою, а потім дають інтерв'ю»). Очевидно також, що потік подібних спекулятивних опусів веде до неминучого падіння і так невисокого в Росії престижу науки і просто знань.

І нарешті, незважаючи на велику кількість присвячених клімату публікацій «малого формату» (нотаток, інтерв'ю, статей і т. д.), існує … дефіцит книг на цю тему. Саме книг, оскільки тільки у форматі книгиможна надати читачеві необхідний обсяг інформації та охопити весь клубок взаємодій процесів, що впливають на клімат нашої планети.

Керуючись вищезгаданими мотивами, у цій книзі ми постаралися розповісти «правду, тільки правду і нічого крім правди» про сучасний клімат Землі, явища, що формують клімат, тенденції його зміни, вплив стану природного середовища на різні сфери людської діяльності, про те, яким чином швидше за всезміниться клімат у недалекому майбутньому і як це позначиться на нашому повсякденному житті. У ній ви не знайдете дутих сенсацій і розповіді про нові фундаментальні закони, які можна порівняти за значимістю, наприклад, із законом всесвітнього тяжіння. Зате дізнаєтеся про віхи у розвитку кліматології, а також про багато цікавих фактів, що трапилися на її історичному шляху.

Подяки

Ми вдячні співробітникам Головної геофізичної обсерваторії ім. А. І. Воєйкова кандидатам фізико-математичних наук Юрію Едвіновичу Озоліну та Олені Іванівні Хлєбнікової, які стали першими читачами та доброзичливими критиками нашого рукопису.

У книзі використані ілюстрації зі звітів Міжурядової групи експертів щодо зміни клімату 2001 та 2007 років. (http://www.ipce.ch/) та Доповіді про особливості клімату на території Російської Федерації за 2010 р. (http://www.meteorf.ru/).

Глава перша
Говоримо «клімат» – маємо на увазі «погода»

Не сваріть погоду – якби вона не змінювалася, дев'ять чоловік із десяти не змогли б розпочати жодної розмови.

Ф. Хаббард

Клімат в Ірландії дивовижний, але погода його гробить.

Тоні Батлер

Погода та клімат: у чому різниця між ними

Давно помічено: якщо треба підтримати розмову, а теми, як на зло, не знайти – говори про погоду. Варіант безпрограшний: адже всі присутні – особи зацікавлені та певною мірою обізнані. В останні роки інтерес людей до цього чинника, значною мірою визначальному наше буття, багаторазово посилився, чому є цілком об'єктивні передумови.

По-перше, ще зовсім недавно погода сприймалася людьми як даність згори, яка не залежить від їхньої волі і примушує себе пристосовуватися. Але сьогодні, багато в чому завдяки справжньому прориву в галузях комп'ютерних технологій та супутникових спостережень, перед людством відкрилися можливості всебічного вивчення процесів формування погоди та клімату, причин їх змін, а також певною мірою, нехай мізерно, впливати на ці процеси (у як приклад – запобігання опадам під час святкування днів міста у Москві та Санкт-Петербурзі).

По-друге, різко зросла кількість людей, які здійснюють дальні поїздки – ділові, туристичні та ін. До речі, лише у 2010 та 2011 роках. закордонні вояжі здійснили близько 12 і 14,5 мільйонів, відповідно, тобто кожен дванадцятий із наших співвітчизників. Щоб уникнути неприємних сюрпризів, подорожуючий повинен співвіднести свою програму та екіпірування з особливостями погодних умов у місці перебування.

По-третє, накопичена під час досліджень інформація свідчить у тому, що клімат змінюється, більше, темпи його зміни у ХХ в. були безпрецедентно високі. Остання обставина стала предметом серйозного занепокоєння, і сьогодні про клімат не міркує лише лінивий. Проте з жалем доводиться констатувати явну невідповідність між важливістю проблеми (адже йдеться про «здоров'я» середовища нашого проживання!) і тією легковажністю суджень, а часом некомпетентністю, якими під час обговорення її грішать багато хто, у тому числі й солідні видання та телеканали.

Вагомий внесок у «підігрів» інтересу до цієї проблеми зробило і «спекотне літо 2010». Практично щодня приносив на європейську територію Росії рекордні температури: +38,9 °C – 28 червня у Воронежі; +35,5 °C – 21 липня у Тулі; +38,1 °C – 27 липня в Орлі; 28 липня впав московський рекорд, що тримався з 1981 р. – тепер він дорівнює +38,2 °C. А 12 липня на калмицькій метеостанції Утта зареєстровано максимальну за весь період спостережень у країні температура +45,4 °C. У Санкт-Петербурзі рекорд встояв, але від спеки тріснула скляна Башта Миру, подарована Францією до 300-річного ювілею міста. Не дивно, що про «глобальне потепління» у цей період йшлося всюди.

Тим часом вважати ту майже двомісячну виснажливу спеку очевидним свідченням глобального потепління клімату підстав не більше, ніж, скажімо, заздалегідь оголосити чемпіоном команду, яка перемогла в перших п'яти іграх із запланованих п'ятдесяти. Парадокс? Аж ніяк! Справа в тому, що в побуті поняття «погода» і «клімат» часто ототожнюють, а це не так. Ледве вільно перефразовуючи найвідомішого російського фахівця в галузі геофізики академіка А. С. Моніна, можна визначити клімат як сукупність усіх погодних умов, що спостерігалися на конкретній території за деякий тривалий проміжок часу. При цьому такою «конкретною територією» може бути як окрема область (наприклад, Вологодська), так і весь Західний Сибір або Південна Америка, а також і вся земна куля. Але навіть школяр знає: холодно – на півночі та взимку, спекотно – на півдні та влітку, у тропіках – спека та зливи, а в полярних зонах – цілий рік сніг та льоди. Тому, обговорюючи клімат щодо невеликого в глобальному масштабі регіону, ми можемо отримати досить повне уявлення про його характерні риси та особливості. Однак опис материкового і тим більше глобального клімату неминуче загрожує втратою багатьох нюансів (наприклад, середньорічна середня по земній кулі температура повітря біля поверхні, розрахована з урахуванням, зокрема, антарктичної та тропічної температур, схожа на середню температуру по лікарні) і придатний тільки для вивчення самих загальних закономірностей клімату нашої планети.

Наведене вище визначення клімату містить досить розпливчасту вказівку на термін спостережень. Справді, який період слід вважати «тривалим» – місяці, роки, десятиліття? Він не повинен бути надто коротким, оскільки тоді змінами клімату доведеться визнати і зміну пір року, і аномально спекотний (або холодний) рік, навіть якщо багато попередніх і наступних років були близькі до норми. З іншого боку, використання досить тривалого проміжку часу (наприклад, століття) також навряд чи можливе хоча б через відсутність розгалуженої мережі станцій, що проводили по всьому світу щоденні виміри протягом такого терміну. Отже, оптимальний вибір знаходиться десь посередині.

Чому відлік досі ведеться саме до далекого 1990 р., а, наприклад, не до 2000 чи 2010 рр., вправі поцікавитися читач. У досить консервативній ВМО традиційно вважається, що не варто змінювати межі обраного інтервалу раніше його завершення (як, скажімо, неприпустимо повідомити футболістів у перерві матчу, що другий тайм гратиме за баскетбольними або хокейними правилами). У цьому є певний резон: результати різних досліджень приводяться до деякого єдиного добре відомого всім «знаменника», і їх зручно порівнювати та аналізувати. Отже, появи нових кордонів тридцятирічного періоду, офіційно рекомендованого ВМО, доведеться почекати до 2020 р., хоча в науковій періодиці вже зараз зустрічаються роботи, в яких як «стандартний» розглянуто період 1980–2010 років. Безперечно, вибір проміжку часу несе в собі елемент свавілля: чому саме 30 років? Починаючи з Міжнародного геофізичного року, що проводився під егідою ООН у 1957 р., світова спільнота зробила успішні кроки щодо створення та розвитку всесвітньої системи контролю за навколишнім середовищем, що включає регулярний моніторинг метеорологічних елементів – температури повітря, атмосферного тиску, швидкості та напряму вітру і т. д. - не тільки біля землі, а й на висотах. Таким чином, на момент прийняття вищезгаданої рекомендації вже існував досить повний банк метеорологічних даних, що охоплював приблизно тридцятирічний період вимірювань. Давши волю фантазії, можна порівняти клімат із товстішим відривним календарем, розрахованим на 30 років, де кожен листок відповідає погоді у зазначений на ньому день.

Виходячи з даного визначення, поспішні висновки звичайних людей, що виснажувалися на сонці («Ось воно глобальне потепління, а далі буде ще гірше!») або змерзлих у 30-градусний мороз на автобусній зупинці («І вони говорять про якесь глобальне потепління? !») спишемо на сплеск емоцій і на… цілком пробачливу некомпетентність. У цих репліках, зауважте, головним є слово «потепління» (тут і зараз!), а визначення «глобальне» додають, не замислюючись, слідуючи словесному штампу, що вкорінився. Проте в устах фахівця обидва ці слова однаково важливі. 2010 р. середньолипневатемпература повітря в Москві перевершила середньокліматичну (тобто середню в липні за 30 років) на 7,8 ° C - це дуже багато, але ... Щоб отримати «липневу добавку» до московської середньорічнийтемпературі потрібно розділити її на число місяців на рік (7,8 °C: 12 = 0,65 °C). Якщо ж ми захочемо знайти частку цієї «липневої добавки» у глобальноюсередньорічній температурі, нам доведеться знову ділити - тепер на кількість розкиданих по всьому світу метеорологічних станцій, що обчислюються тисячами, і в результаті ця частка виявиться мізерно мала.

У той же час виміри показали зростання глобальної середньорічної температури – тієї самої, яка схожа на «середню по лікарні» – з початку ХХ ст. по сьогодні приблизно на 0,7 °C (рис. 1), а це означає, що стійке збільшення температури зафіксовано на більшості метеостанцій, що діяли протягом минулого століття. Спеціально зазначимо: саме на більшості, оскільки на земній кулі знайдуться регіони, в яких не спостерігалося впевненого зростання середньорічної температури, хоча в середньому по всій земній кулі зростала середньорічна температура.

Мал. 1. Зміна середньорічної середньоглобальної температури приземного повітря щодо середньої за 1961–1990 роки. Усереднена крива, гуртки – значення окремих років

Резюмуємо сказане. Протягом минулого століття середньорічна температура біля поверхні Землі в якихось географічних точках зростала швидше, у якихось – повільніше, іноді взагалі спадала. Зростання це не було монотонним: після кількох років збільшення температура могла знижуватися, потім знову зростати і т. д. (рис. 2). Але коли всі дані про середньорічні температури "на місцях" були зібрані воєдино і по них була знайдена середньорічна температура - середня по всій поверхні земної кулі, виявилося, що вона помітно зросла. І це явище (і тільки його!) кліматологи називають «глобальним потеплінням клімату».

Мал. 2. Середні річні аномалії температури приземного повітря (°С) для регіонів Росії за 1936–2010 роки. Усереднені криві; прямі лінії ілюструють темпи зростання температури період 1976–2010 гг.

Тепер ще раз звернемося до світської розмови про погоду. Майже, напевно, вона міститиме «добрі» слова на адресу синоптиків. На думку невідомого дотепника, «синоптик – людина, яка помиляється лише один раз, натомість щодня». Йому вторить цілком відомий Ален Шефілд: «Метеорологія – наукове обґрунтування невірних прогнозів». Мабуть, обмежимося цими двома судженнями, хоча на цю ж тему висловлювалися такі дотепники, як Оскар Уайлд, Марк Твен, Джером Клапка Джером, Станіслав Єжи Лец. Безумовно, жертвами невдалих прогнозів погоди ставали всі, не минула ця чаша і авторів цієї книги. Однак ця обставина не завадить нам сказати кілька слів на захист людей, які щодня ретельно збирають, обробляють та аналізують оперативну метеорологічну інформацію, щоб у час повідомити нам, яких сюрпризів можна чекати від погоди найближчим часом.

Почнемо з банального: точних прогнозів погоди незрівнянно більше ніж помилкових. Непрямим визнанням цього факту є те, що навіть після провальних прогнозів ми виявляємо інтерес до чергового і відповідно до нього часто плануємо свої дії. Зізнайтеся, чи стали б ви так чинити, якби удача супроводжувала синоптичним оракулам лише в одному-двох випадках із десяти?

Наступна думка, швидше за все, викличе щире здивування читача: абсолютно вірний прогноз часто сприймається споживачем як помилковий. І ось чому. Зазвичай прогноз дається досить великих площ – міст, областей чи великих районів. Звичайно, якщо є суцільна хмарність, помилитися в найближчих перспективах даної місцевості проблематично. А якщо хмари на небі – все протилежно і на кожне село їх не вистачає? Як у цьому випадку відреагують на прогноз «дощі» жителі окропленого дощем села «А» і опадів сусіднього села «Б», яке не дочекалося? По-різному… Споживач завжди має рацію? Навряд чи в найближчому майбутньому комусь із нас доведеться почути такий прогноз: «Завтра у Кривоколінному провулку міста N-ска сильний дощ йтиме з 15 год. 34 хв. до 17 год. 18 хв.». На жаль, подібний точковий прогноз – нездійсненна мрія.

Проте іноді синоптики помиляються. Постараємось розібратися чому. Існують три різні підходи до складання прогнозу. Перший заснований на вирішенні системи диференціальних рівнянь. Рівняння настільки складні, що отримати їх точне рішення фактично неможливо. Допомагають комп'ютери, які дозволяють ціною деяких спрощень знайти рішення «близьке до правди». У другому підході прогноз ґрунтується на майстерності та досвіді конкретного синоптика, який, аналізуючи карти поточного (виміряного) стану найбільш важливих метеорологічних величин («предикторів») та їх мінливість, виносить свій «вердикт». Третій підхід - "примітивістський". У дещо спрощеному вигляді суть його така. На метеорологічних станціях по кілька разів на добу вимірюються багато характеристик: температура, вологість повітря, атмосферний тиск, швидкість і напрям вітру, бал хмарності та ін. і датовані кількома десятиліттями раніше). Для складання прогнозу на наступний день комп'ютер перебирає всі варіанти, що є в архіві, у пошуках збігу метеорологічних характеристик, що мають місце на поточний день. За досить великого архіву подібна відповідність знайдеться напевно. Припустимо, збіглися метеорологічні характеристики 4 липня 2012 р. та 18 червня 1982 р. Вилучаємо з архіву дані на 19 червня 1982 р., та прогноз на 5 липня 2012 р. готовий! Ідея третього підходу не нова, проте його реалізація стала можливою лише після впровадження швидкодіючих обчислювальних систем, адже оперативно перебрати десятки тисяч наборів щоденних даних людині не під силу. Хоча народні прикмети можна розглядати як предтечі третього підходу.

Найменше неприємностей завдає синоптикам ситуація, коли над регіоном панує циклон або особливо антициклон (області низького та високого тиску, відповідно). Куди менш визначена ситуація, за якої рівносильні циклон та антициклон змагаються між собою; вона стає дуже поганою, якщо це суперництво затягується надовго. В останньому випадку погода може змінитися навіть кілька разів протягом одного дня. Ну і куди, скажіть, при цьому втекти бідному синоптику від праведного народного гніву? Почасти врятувати становище може напрацьована роками інтуїція фахівця.

Інше джерело синоптичних помилок – велика завчасність прогнозу. Практика показала, що прогноз на три дні частіше загалом відповідає дійсності, прогноз на 5–7 днів – не виключено, що виправдається, але прогнозу на 10 днів і більше може довіряти лише людина, непохитно переконана у винятковому дару ясновидіння у співробітників Гідрометцентру.

Проілюструємо ситуацію із завчасним прогнозом прикладом стрілянини по мішені (рис. 3). При пострілі траєкторія кулі неминуче відхилиться від прямої, що з'єднує кінчик зброї та центр мішені – точку «0». Поки мета розташована досить близько, куля все одно потрапить у її габарити. Однак у міру віддалення мішені від стрілка відстань між місцем влучення кулі в мішень і точкою «0» буде збільшуватися, і в якийсь момент куля пройде повз мішеню. Тепер уявімо, що три зображені мішені – це реальні погодні умови, які матимуть місце через 1, 5 та 10 днів відповідно, а траєкторія кулі – прогноз, зроблений сьогодні на базі даних учорашніх вимірів. При збільшенні терміну завчасності прогнозу закладені у прогнозі помилки до десятого дня накопичуються, та її якість стрімко падає.

Мал. 3. Ілюстрація залежності ступеня точності завчасного прогнозу з його термінів

На думку практикуючих синоптиків, 15 днів – граничний термін, на який теоретичнодопустимо прогнозувати (в даному випадку йдеться про європейську територію Росії. В інших місцях з більш менш стійкою погодою ці терміни можуть бути іншими, а ось на Мальдівських островах практично цілий рік зберігається та сама температура – ​​близько +28 °C, і тамтешнім мешканцям прогноз погоди взагалі ні до чого…).

Чому саме 15 днів? Суворе обґрунтування цього твердження потребує знання основ гідромеханіки. Не вдаватимемося в деталі і знову вдамося до аналогії. Кожен з нас, спостерігаючи за літаком, що летить, бачив тягнущийся за ним шлейф, що складається з продуктів згоряння в авіамоторах. Спочатку такий шлейф є чіткою лінією, але незабаром лінія починає розмиватися, а через кілька хвилин і зовсім зникає з поля зору. У момент виходу із сопла літака всі частки продуктів згоряння в основному продовжують рухатися з однаковою швидкістю та в одному напрямку, здійснюючи впорядкований рух. Однак далі ці частки, що знову прибули в атмосферу, піддавшись впливу абсолютно невпорядкованих турбулентних потоків, перемішуються з фоновими повітряними частинками, і шлейф перестає існувати. Причин виникнення турбулентних рухів безліч, наприклад нерівності і неоднорідність земного рельєфу, лісові пожежі та ін. У більшості випадків в атмосфері впорядковані потоки мають більшу потужність, ніж турбулентні, але це не означає, що останні не відіграють помітної ролі в атмосферній. При існуючих в атмосфері упорядкованих швидкостях руху повітряних потоків упорядкований рух руйнується турбулентним приблизно за 15 днів. А прогнозувати поведінку хаотичного руху, що утворився - заняття безперспективне.

Повертаючись до погоди на європейській території Росії, зазначимо, що для цього регіону характерне регулярне вторгнення повітряних мас із заходу, з Атлантичного океану. У разі пересування повітряної маси над сушею Західної Європи вона прогрівається і «усихає». Якщо ж її маршрут пролягає над Скандинавією (1) або Середземномор'ям (2), вона стає більш вологою та холодною (у першому випадку) або вологою та теплою (у другому). Типовою для європейської території Росії є ситуація, коли одна така маса «змінити іншу поспішає, давши» конкурентці 2–4 дні.

Все вищесказане стосується прогнозу погоди. А як справи з прогнозуванням клімату? Передбачимо відповідь уважного читача: «Якщо “вони” з гріхом навпіл прогнозують погоду на завтра, розписуються в повному безсиллі прогнозувати її навіть на місяць, то вже говорити про терміни, що обчислюються роками та десятиліттями!»

Так от, передбачати зміни клімату в певному сенсі простіше, ніж передбачати зміни погоди. Усі явища, що відбуваються у повітрі, у воді та на земній поверхні, суворо підкоряються законам природи, багато з яких нам добре відомі. А отже, якщо складений прогноз не суперечить жодному з таких законів, у нього дуже хороші шанси реалізуватися. Зверніть увагу, на відміну від прогнозу погоди, в даному випадку не йдеться про реалізацію прогнозу до якоїсь конкретної дати. Передбачуване може статися декількома роками раніше чи, навпаки, запізнитися, але воно станеться обов'язково!

Пояснимо цю тезу на простому прикладі. Хлопчики пустили річкою два кораблики (рис. 4). Перший з них, опинившись на середині річки, безперешкодно пройшов вниз за течією до умовного пункту «А», другий же прибився до заплави, далі потрапив у вир і лише потім, набагато пізніше за перший, досяг того ж пункту «А». Але досяг!

Мал. 4. Ілюстрація до питання успішності кліматичного прогнозу

Говорячи про прогнози зміни клімату, слід згадати про два важливі аспекти. По-перше, існують граничні терміни, на які в принципі можна давати такі прогнози, виходячи зі відомостей про стан клімату на сьогодні і в минулому (кліматологи в цьому випадку говорять про передбачуваностіклімату). Зрозуміло, що кілька десятиліть цілком укладаються в такі часові межі, а ось оцінити, яким буде клімат у IV тисячолітті, навряд чи реально. Передбачуваність клімату, очевидно, залежить від цього, наскільки точно відомо його початковий стан ( передбачуваність I роду) , і зажадав від зовнішніх впливів нього у період, охоплений прогнозом ( передбачуваність ІІ роду).

Для ілюстрації сказаного порівняємо передбачуваність клімату зі зміною стану фінансів бізнесмена протягом найближчих трьох місяців. Розмір його банківського рахунку через три місяці визначатиметься сумою, яка перебувала на його рахунку сьогодні, тобто у початковий момент часу (аналог передбачуваності I роду), а також доходами та витратами у ці три місяці, як плановими, так і, можливо, несподіваними. Здійснити калькуляцію планових операцій, як правило, не важко, гірше, коли виникають незаплановані («зовнішні») обставини (аналог передбачуваності ІІ роду). Наслідки таких зовнішніх обставин можуть бути як незначними та короткочасними, так і суттєвими, що призводять до банкрутства.

При реальному прогнозуванні змін клімату ми завжди знаємо лише його наближенепочатковий стан, а про багато майбутніх зовнішніх впливів нам нічого не відомо. Наприклад, неможливо передбачити де, коли і які сили будуть виверження вулканів у 2020 р. Тут ми підходимо до другого важливого аспекту: прогноз є оцінкою змін клімату під дією «невипадкових» процесів («калькуляцію планових операцій» у наведеному вище прикладі). Однак випадкові процеси можуть помітно спотворити цю оцінку! І тут на допомогу приходить математична статистика. Зокрема, продовжуючи приклад з вулканічними виверженнями, відзначимо наявність баз даних, що містять інформацію про їхню щорічну кількість, місце, розмір і хімічний склад вулканічних викидів, а також оцінки впливу цих викидів на клімат, в першу чергу на температуру повітря. Тоді припустивши, що вулканічна активність у 2020 р. буде близькою до середньої за останні десятиліття, ми можемо внести корективи щодо оцінки майбутньої зміни клімату. Однак у реаліях вулканічна активність 2020 р., ймовірно, виявиться дещо відмінною від такої середньої величини.

А тому будь-який кліматичний прогноз є оцінкою найбільш ймовірногозміни клімату. Щоб дати уявлення про менш ймовірні, але цілком можливі відхилення від такої оцінки, одночасно вказуються межі похибок кліматичного прогнозу.

Зрозуміло, рано бити у літаври – ймовірність помилковості кліматичного прогнозу досить велика. По-перше, людині, як відомо, властиво помилятися. Він може недооцінити чи переоцінити масштаби будь-якого явища чи його інтенсивність чи банально «втратити» нолик у розрахунках. По-друге, ще чудовий французький математик П'єр Лаплас якось сказав: «Те, що ми знаємо – обмежено, а те, чого не знаємо, – нескінченно». Тому незнання якихось законів природи на етапі розвитку науки може тимчасовопривести нас до невірних висновків. При цьому необхідно розуміти, що успішне прогнозування змін клімату має виняткову важливість, оскільки з огляду на передбачуваний його стан вже сьогодні ухвалюються багато господарських та політичних рішень.

Отже, сподіваємося, ви відчули різницю між поняттями «погода» та «клімат». Залишимо турботи про стан погоди Гідрометцентру та продовжимо нашу розповідь про клімат.

Прогноз на кожен наступний день будується виходячи з того, що дані за попередній день є безпомилковими (що, зрозуміло, не так!). Примітивний приклад: нехай за перші 4 дні накопичилася помилка в 1 °C, але при прогнозі на п'ятий день температура за четвертий день вважається істинною (тобто помилка дорівнює нулю), сам прогноз п'ятого дня дасть свою відносно невелику помилку, наприклад 0, 3 °C, проте з огляду на помилку, накопичену за попередні дні, загальна похибка буде вже 1 + 0,3 = 1,3 °C і т.д.

Для хорошого прогнозу потрібні точні величини температури повітря біля земної поверхні, води біля поверхні та на глибині, вологості, розподілу хмар по горизонталі та вертикалі, тиску повітря, концентрації хімічних складових повітря та води тощо і т.п. стартовий – момент часу. І все це в кожній із тисяч точок на земній кулі. Мати достовірними даними про все це абсолютно неможливо! Але якщо ми закладемо замість них у модель «погані» дані, то прогноз буде поганим.

Ігор Кароль Андрій Кисельов

Наука та світ –

Ігор Леонідович Кароль, Андрій Олександрович Кисельов

Парадокси клімату. Льодовиковий період чи пекуча спека?

Схвалено до видання Науково-редакційною радою проекту «Наука і мир» Голова – В. А. Садовничий Заступники голови – С. М. Дерев'янко та І. В. Ільїн Н. Андрєєв, К. В. Анохін, Є. Л. Вартанова, К. С. Дерев'янко, Б. Л. Єрьомін, Ю. І. Журавльов, А. А. Залізняк, Ю. П. Зінченко, Ю. А. Золотов, Д. С. Іцкович, А. А. Кам'янський, В. П. Карліков, С. П. Карпов, Н. С. Касимов, А. Є. Кібрик, М. П. Цегляних, Н. П. Красинська , М. А. Кронгауз, Ст Ст Лунін, Є. І. Майорова, Д. Є. Перушев, А. Є. Петров, Ст А. Плунгян, Д. Ю. Пущаровський, Ст А. Рубаков, В П. Скулачов, В. Б. Спіричов, В. А. Твердіслов, В. А. Ткачук, В. І. Трухін, А. М. Черепащук, С. О. Шмідт, Я. Л. Шрайберг, А. Ю Шутов, В. Л. Янін Науково-просвітницький проект «Наука і світ» заснований у 2009 роціПровідний редактор проекту Н. Красинська

До читача

Наша книга присвячена сучасному клімату Землі. На цю тему останніми роками написано чимало. І тому закономірним є питання про доцільність нового до неї звернення. Наведемо такі аргументи на користь необхідності написання книги нами, кліматологами саме сьогодні. По-перше, клімат змінюється, причому дуже інтенсивно. Підтвердженням цього є не лише наші суб'єктивні відчуття, а й отримані на безперебійній основі дані спостережень (моніторингу, зокрема супутникового). Зростає кількість природних катастроф. Ці зміни відбуваються навколо нас, у середовищі, в якому ми живемо, а отже, стосуються безпосередньо кожного, позбавляючи можливості зайняти зручну позицію стороннього спостерігача. Висловлюючись мовою капітана Жеглова, тут у нас «любов із інтересом»…

По-друге, як ніколи, є завданням знайти причини змін клімату. Якщо надійно встановити механізми, що визначають поведінку кліматичної системи Землі, можна успішно прогнозувати майбутні зміни клімату, а згодом, можливо, і спрямовувати ці зміни у бажане русло. Заманливо? Безумовно, проте... Є чимало тем, які викликають живий суспільний інтерес, обізнаними в яких себе вважає більшість людей. Кажуть, у голові кожного зі 190 мільйонів бразильців є свій варіант непереможної національної футбольної збірної, а будь-який італієць упевнений, що тільки йому відомий «найправильніший» рецепт приготування піци. Про причини змін сучасного клімату, звичайно, висловлюються не всі, але «свіжий погляд» на проблему оприлюднять астрономи та географи, математики та історики… чиновники та екстрасенси. Особливим коханням тема користується у геологів. Безсумнівно, кліматологи не мають ексклюзивного права на формування гіпотез про пружини механізмів, що змінюють клімат. Однак будь-яка гіпотеза має бути не просто сформульована, а й підкріплена фактами та розрахунками, вона також не повинна входити в суперечність із наявними основами кліматології. На жаль, фахівці у суміжних дисциплінах, що цілком зрозуміло, «не тримають руку на пульсі» останніх пошуків у галузі кліматології та метеорології, внаслідок чого їхня «астрономічна» чи «геологічна» теорії обов'язково сягає корінням у полі діяльності автора, а для підкріплення теорій вибираються виключно узгоджуються з ними дані моніторингу. Ми навмисне не персоніфікуємо і не викладаємо подібні теорії, пам'ятаючи про досвід стародавніх, які вирішили забути Герострата.

По-третє, наша книга – резонанс на «праведні праці» багатьох журналістів і митців. Суспільний інтерес до проблеми змін клімату породжує відповідну пропозицію. І ось уже на гребені цього інтересу з'являється кілька фільмів-катастроф, а телепередачам та статтям у друкованих ЗМІ нема числа. При цьому кваліфіковані оцінки фахівців сприймаються буденно, без особливих емоцій і залишаються майже непоміченими. Натомість чим безглуздіша висловлювана «теорія», тим вищий ажіотаж у пресі. Зрозуміло, що тут панує принцип «гроші не пахнуть». Але людям у нашій країні, які традиційно звикли довіряти друкованому слову, тим самим завдається серйозної шкоди. Хтось приймає такі публікації за чисту монету, хтось, навпаки, втрачає довіру і становить безсторонню думку про «вчених», які несуть несусвітню нісенітницю, хтось, ознайомившись з двома-трьома нісенітницями, що суперечать один одному, і зовсім перестає цікавитися проблемою («Хай спочатку вони домовляться між собою, а потім дають інтерв'ю»). Очевидно також, що потік подібних спекулятивних опусів веде до неминучого падіння і так невисокого в Росії престижу науки і просто знань.

І нарешті, незважаючи на велику кількість присвячених клімату публікацій «малого формату» (нотаток, інтерв'ю, статей і т. д.), існує … дефіцит книг на цю тему. Саме книг, оскільки тільки у форматі книгиможна надати читачеві необхідний обсяг інформації та охопити весь клубок взаємодій процесів, що впливають на клімат нашої планети.

Керуючись вищезгаданими мотивами, у цій книзі ми постаралися розповісти «правду, тільки правду і нічого крім правди» про сучасний клімат Землі, явища, що формують клімат, тенденції його зміни, вплив стану природного середовища на різні сфери людської діяльності, про те, яким чином швидше за всезміниться клімат у недалекому майбутньому і як це позначиться на нашому повсякденному житті. У ній ви не знайдете дутих сенсацій і розповіді про нові фундаментальні закони, які можна порівняти за значимістю, наприклад, із законом всесвітнього тяжіння. Зате дізнаєтеся про віхи у розвитку кліматології, а також про багато цікавих фактів, що трапилися на її історичному шляху.

Андрій Кисельов, Ігор Кароль.
Андрій Кисельов
Ігор Кароль

Ігор Леонідович Кароль, Андрій Олександрович Кисельов Парадокси клімату. Льодовиковий період чи пекуча спека?

До читача

Подяки

Розділ перший Говоримо «клімат» – маємо на увазі «погода»

Не сваріть погоду – якби вона не змінювалася, дев'ять чоловік із десяти не змогли б розпочати жодної розмови.

Клімат в Ірландії дивовижний, але погода його гробить.

Погода та клімат: у чому різниця між ними

Відповідно до рекомендацій Всесвітньої метеорологічної організації (ВМО), оптимальним вважається період тривалістю 30 років, а сучасним станом клімату вважається його середній стан за 1961–1990 роки.

Резюмуємо сказане. Протягом минулого століття середньорічна температура біля поверхні Землі в якихось географічних точках зростала швидше, у якихось – повільніше, іноді взагалі спадала. Зростання це не було монотонним: після кількох років збільшення температура могла знижуватися, потім знову зростати і т. д. (рис. 2). Але коли всі дані про середньорічні температури "на місцях" були зібрані воєдино і по них була знайдена середньорічна температура - середня по всій поверхні земної кулі, виявилося, що вона помітно зросла. І це явище (і тільки його!) кліматологи називають «глобальним потеплінням клімату».

На думку практикуючих синоптиків, 15 днів – граничний термін, на який теоретичнодопустимо прогнозувати (в даному випадку йдеться про європейську територію Росії. В інших місцях з більш менш стійкою погодою ці терміни можуть бути іншими, а ось на Мальдівських островах практично цілий рік зберігається та сама температура – ​​близько +28 °C, і тамтешнім мешканцям прогноз погоди взагалі ні до чого…).

Так от, передбачати зміни клімату в певному сенсі простіше, ніж передбачати зміни погоди. Усі явища, що відбуваються у повітрі, у воді та на земній поверхні, суворо підкоряються законам природи, багато з яких нам добре відомі. А отже, якщо складений прогноз не суперечить жодному з таких законів, у нього дуже хороші шанси реалізуватися. Зверніть увагу, на відміну від прогнозу погоди, в даному випадку не йдеться про реалізацію прогнозу до якоїсь конкретної дати. Передбачуване може статися декількома роками раніше чи, навпаки, запізнитися, але воно станеться обов'язково!

А тому будь-який кліматичний прогноз є оцінкою найбільш ймовірногозміни клімату. Щоб дати уявлення про менш ймовірні, але цілком можливі відхилення від такої оцінки, одночасно вказуються межі похибок кліматичного прогнозу.

Розділ другий Система, без якої нам не жити

Природа у всьому діє поступово і більше таємно, ніж відкрито. Відносини і впливу тут глибше і простіше, ніж здаються при своєму розмаїтті, простягаються напрочуд далеко і чреваті наслідками.

Кліматична система землі

Кліматична система включає в себе не тільки атмосферу, але і гідросферу(всі океани, моря, озера, річки), і літосферу(сушу), та кріосферу(Сніг, морський і гірський лід, а також лід, що міститься в материкових щитах Гренландії, Антарктиди та полярних островів, і, крім того, «вічну мерзлоту», що захоплює, уявіть, 2/3 російської території), і, нарешті, біосферуоб'єднує всі види живого. Всі ці складові кліматичної системи перебувають у тісному зв'язку один з одним, обмінюючись енергією та масою.

Вибір 10-метрового шару ґрунту та 240-метрового шару океану не випадковий – саме такі шари беруть участь у сезонному енергообміні(літнє нагрівання та зимове їх охолодження) з атмосферою.

Прямим наслідком сказаного є те, що океани, моря і материкові льоди утворюють повільно мінливі складові кліматичної системи, а атмосфера, поверхня суші і морські льоди з відносно малою масою і низькою теплоємністю знаходяться в ряді сегментів системи, що швидко змінюються. Характеристикою таких змін є так зване час релаксації, тобто час переходу та встановлення нового кліматичного режиму при зміні зовнішніх умов. Найменше воно в атмосфері – тижні та місяці, а також у поверхневого шару океану – роки та десятиліття. У материкових льодів через великі витрати тепла на танення час релаксації складає тисячоліття, але в даний період потепління клімату спостерігається помітне прискорення цього процесу в льодовиках Гренландії і Антарктиди, що загрожує скороченням часу релаксації (зникнення) до декількох століть.

Отже, окремі частини кліматичної системи Землі постійно еволюціонують та взаємодіють одна з одною.

Розділ третій На землі, у небесах та на морі

Все тече. Все змінюється. ...

Усі права на текст належать автору: Андрій Кисельов, Ігор Кароль.
Це короткий фрагмент для ознайомлення із книгою.Парадокси клімату. Льодовиковий період чи пекуча спека?