Дельфис

– Павел Феликсович, в последнее время погода удивляет и огорчает своими неожиданными капризами. Весна вроде бы наступает – но потом вновь отступает, и на уже зеленеющую траву и листья на деревьях выпадает снег. Прозвучало сообщение, что нынешняя весна и лето – самые холодные за всю историю метеонаблюдений. Так ли это? Как объясняет подобные аномалии наука? 

– В вопросе содержатся, на мой взгляд, ключевые слова: «за всю историю метеонаблюдений». Наша память услужливо преподносит нам сравнение только с относительно недалеко отстоящими по времени  погодными феноменами. А регулярные метеонаблюдения, например, в Москве, охватывают период около 130 лет. И самая холодная весна, холоднее нынешней, была в 1884 году, а самый холодный май – в 1918 году. В 1899 году в Москве заморозки были 12 июня.

Но с середины 70-х годов прошлого века, по данным метеонаблюдений, наметилась устойчивая тенденция потепления. Она заметна только «в среднем», то есть если мы проведём равнодействующую прямую линию на графике изменений температуры год от года, весна от весны, май от мая. А на фоне этого среднего роста происходили и будут происходить погодные аномалии. Далеко за примерами ходить не надо. В этом столетии в Москве в середине мая заморозки отмечались в 2004 году (тогда 14 и 15 мая доходило до минус 1,5 градуса) и в 2008-м (8 мая было минус 3 градуса). В 2002 году холода пришлись на вторую половину мая, особенно холодно было 20 мая, когда температура недобрала до нормы целых 11 градусов. Очень холодным выдался и май 2004 года: температура была ниже нормы более двух недель, с 13 по 30 мая (с отклонением в 8–9 градусов).

Причинами таких похолоданий может быть либо вторжение холодных арктических антициклонов с сухой погодой, либо прохождение серий атлантических циклонов южнее их обычного маршрута, с выпадением осадков. Надо учитывать, что средняя полоса России находится в зоне действия полярного атмосферного фронта, разделяющего тёплые воздушные массы низких широт и холодный воздух Арктики. Линия фронта колеблется, извивается и терпит разрывы – находится в движении, формируя аномалии погоды. Образно говоря, россияне живут в «прифронтовой полосе». Так что приходится терпеть.

Но я бы хотел вернуться к важному вопросу о метеонаблюдениях. Дело в том, что устойчивые климатические изменения можно выявить только при сопоставлении данных наблюдений на значительных площадях и за длительный промежуток времени. Построение архивов таких данных является сложной задачей, над которой работают группы исследователей в различных международных центрах. В России такой международный центр данных находится в г. Обнинске Калужской области. Период с середины XIX века по настоящее время в климатологии официально называется «периодом инструментальных наблюдений». Приведу в качестве примера возникающих сложностей один курьёзный эпизод.

Когда в Великобритании в начале 80-х годов прошлого века была проделана первая попытка  построить глобальные архивы изменений температуры воды поверхности Мирового океана, выяснилось, что в среднем по Северной Атлантике данные корабельных измерений показывают небольшое устойчивое потепление в первой половине 40-х годов XX века. И только найдя одного пожилого пенсионера, работавшего в те годы метеорологом, выяснили причину расхождений. Во время Второй мировой войны корабли шли ночью с потушенными огнями, на палубе было темно. И пока термометр несли по палубе в корабельные помещения, чтобы снять показания, он слегка нагревался. Пришлось вводить коррекцию на этот «военный эффект». Повезло, что нашли такого пенсионера! И такие примеры тщательной коррекции данных метеонаблюдений можно продолжить.

– Происходят ли сейчас глобальные климатические изменения, и если да, то какие? Мне приходилось слышать на сей счёт самые разные точки зрения, в том числе и ту, что глобальное потепление – это миф. Что же творится на самом деле? 

– Глобальные климатические изменения происходили всегда. Яркий тому пример – ледниковые периоды, во время которых в последний миллион лет наблюдались наступления и отступления ледников с характерными периодами около 100, 40 и 10 тысяч лет. Они сыграли роль не только в расселении нашего вида, но и в формировании ландшафта России. Вопрос во временных масштабах изменений. Ледниковые периоды хорошо согласуются с изменениями параметров орбиты Земли, получившими название циклов Миланковича – по фамилии сербского астронома, начавшего разработку астрономической теории климата, когда он находился в плену в Будапеште во время Первой мировой войны.

Если предположить, что такое согласование будет соблюдаться и в дальнейшем, то Земля миновала тёплую фазу и готовится к наступлению нового оледенения с максимумом через 10 тысяч лет. В основном на этом аргументе повторения циклов (связь с астрономическим механизмом необязательна) настаивает большинство специалистов, которые возражают против аргументов сторонников «глобального потепления». Сторонники прогноза на скорое глобальное потепление базируются на расчётах, связанных с наблюдаемым и прогнозируемым ростом концентрации парниковых газов в атмосфере. Источником потепления является парниковый эффект  углекислого газа, закиси азота, метана и ряда других атмосферных примесей. Эти газы хорошо пропускают к поверхности Земли солнечное излучение, но перехватывают уходящее тепловое, длинноволновое излучение поверхности. Таким образом, баланс энергии между планетой и космосом достигается при большей температуре поверхности. Наиболее важным парниковым газом в атмосфере Земли является водяной пар, однако он находится в динамическом равновесии за счёт круговорота воды в природе. Его концентрация определяется естественными процессами, в отличие от углекислого газа,  антропогенные выбросы которого не успевают компенсироваться стоком в природные резервуары. Непрерывный рост концентрации углекислого газа в атмосфере надёжно установлен по наблюдениям обсерватории в Мауна-Лоа (Гавайи), а также в других пунктах.

Радиоуглеродный анализ показал, что этот рост происходит за счёт сжигания ископаемого топлива. Наблюдения за температурой атмосферной мезопаузы (на высоте около 70 км) в Институте физики атмосферы РАН также согласуются с эффектом увеличения углекислого газа. Расчёты по наиболее совершенным моделям климата показывают, что при различных сценариях техногенных выбросов повышение температуры может достигать уровней, при которых существенно меняются условия жизнедеятельности на планете. Данные инструментальных наблюдений, на мой взгляд, говорят в пользу сторонников прогноза на потепление. Дело в том, что здесь следует обратить внимание на темпы повышения глобальной температуры за последние десятилетия. Три последних десятилетия были самыми тёплыми с середины XIX века. Увеличение глобальной температуры на 0,3–0,4 градуса за 15 лет – таких темпов потепления ранее не наблюдалось. Произошедший за 100 лет рост уровня Мирового океана на 15–20 см хорошо объясняется его тепловым расширением с добавлением вклада от таяния ледников. А уровень Мирового океана является хорошим интегральным индикатором, он фильтрует случайные колебания.

Времена возможных изменений температуры в ледниковых циклах – десятки тысяч лет. Рассчитанные изменения за счёт антропогенного влияния будут происходить в течение нынешнего века. Мне понравился аргумент моего учителя, академика Г.С.Голицына, который он выдвигал в бытность свою директором Института физики атмосферы РАН. В ответ на сомнения оппонентов насчёт потепления он говорил: «Вы надели шубу. При прочих равных условиях, как думаете, вам будет теплее?».

Здесь важно «при прочих равных». Поэтому модели непрерывно совершенствуются для охвата максимально большого набора факторов. В последние годы вместо термина «модели климата» принят термин «модели земной системы». В земной системе наблюдаются и естественные колебания температуры с периодами от нескольких лет до полувека, что связано с процессами взаимодействия атмосферы и океана. Поэтому они в определённые периоды могут замедлять  рост температуры. В последние 10 лет глобальная температура как бы «задумалась» о дальнейшем росте. Но парниковая шуба при этом продолжает наращивать свою согревающую способность.

– Насколько велико воздействие техногенной цивилизации на погодные и климатические процессы? 

– Главный фактор, о котором мы уже говорили, – это выброс парниковых газов в атмосферу. Согласно оценкам Межправительственной группы экспертов по изменениям климата, различные сценарии выбросов парниковых газов в атмосферу могут привести к увеличению глобальной температуры в конце XXI века в диапазоне от 1 до 5 градусов. Высокие широты в сравнении с низкими, по прогнозам, будут теплеть больше. Это приведёт к уменьшению перепада температур «экватор – полюс», который является важнейшим фактором формирования погодных процессов.

В частности исследования группы академика И.И.Мохова в Институте физики атмосферы РАН указывают на повышение вероятности аномально холодных зим при общем развитии потепления «в среднем». И это подтверждается наблюдениями. Помимо воздействия парниковых газов на климат уже сейчас проявляются эффекты урбанизации. Энергопотребление в мегаполисах и городских агломерациях приводит к росту антропогенного потока тепла в атмосферу. Уже со второй половины прошлого века надёжно установлен эффект городского острова тепла. Разница температур между центрами таких городов, как Лондон, Москва, Токио или Нью-Йорк, и прилегающими областями может достигать нескольких градусов.

Предварительные оценки, основанные на балансе поступающей к Земле энергии и уходящей в космос тепловой радиации, показывают, что без учёта климатических обратных связей и при секвестре выбросов парниковых газов рост энергопотребления может привести к увеличению средней глобальной температуры на 3 градуса через 280 лет.

Численные эксперименты по определению реакции климата на принятые сценарии роста плотности антропогенного потока тепла после 2040 года и рекомендации Национального агентства энергетической информации США (EIA) показали, что в урбанизированных областях уже в этом столетии следует ожидать значительного дополнительного увеличения приземной температуры и высоты планетарного пограничного слоя  атмосферы. А высота его во многом определяет условия распространения загрязнений.

С антропогенным потоком тепла может быть связан интересный эффект действия обратной связи: климат – энергопотребление. Он заключается в том, что расходы тепла на отопление или кондиционирование помещений зависят от температуры воздуха снаружи, а эта температура, в свою очередь, зависит от антропогенного потока тепла.

Первые оценки действия этого эффекта недавно были выполнены в Институте физики атмосферы РАН А.С.Гинзбургом и мною. Эти предварительные оценки показали, что при определённых условиях действие этой обратной связи может стать заметным. Возможно, его следует учитывать при прогнозе погоды в крупных мегаполисах.

Ещё одним техногенным эффектом, который может оказывать влияние на климат, являются вырубка лесов и изменения землепользования. Эта вырубка меняет альбедо поверхности – способность отражать приходящую солнечную радиацию – и тем самым оказывает влияние на энергетический баланс и климат. Вырубка лесов и изменения землепользования также имеют своим последствием увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере, так как леса и травы являются крупнейшим стоком в углеродном цикле нашей планеты. По современным оценкам, изменения условий землепользования составляют около 10 % антропогенной эмиссии углерода. Таким образом, усиливается действие парникового эффекта и потепление климата.

– Означает ли всё это, что мы столкнулись с реальной экологической угрозой для нашей цивилизации? 

– Экологической угрозой, влияющей на природные и климатические процессы, является рост концентрации парниковых газов. Среди многих климатологов сложилось мнение, что для экологии планеты критическим порогом является превышение глобальной температуры на 2 градуса по сравнению с доиндустриальной эпохой. Замечу, что уровень повышения на 2 градуса достигался в относительно недавнем по геологическим меркам прошлом – во время микулинского межледниковья, приблизительно 130–140 тысяч лет назад. А уже достигнутый уровень потепления в 1 градус достигался в период оптимума голоцена, приблизительно 6 тысяч лет назад.

Однако современное состояние экосистем суши и, например, областей распространения вечной мерзлоты не совпадает с воспроизводимыми по палеореконструкциям  условиями оптимума голоцена. Расчёты, проведённые в Институте физики атмосферы РАН, показали, что реакция зон распространения вечной мерзлоты на повышение глобальной температуры существенно зависит не только от количества антропогенных газов, но и от темпа их поступления в атмосферу.

Следует учитывать, что в земной климатической системе одновременно взаимодействует много компонент. Времена приспособления подсистем земной климатической системы к изменению внешних по отношению каждой из них условий различны. Например, есть  такое инерционное звено, как океан. Расчёты показывают, что даже при гипотетическом сценарии прекращения антропогенных выбросов в недалёком будущем из-за тепловой инерции океана антропогенное потепление несколько десятилетий ещё будет продолжаться. Заметим ещё раз, что речь идёт об антропогенной составляющей изменений климата, на которые могут накладываться естественные колебания с периодами в десятки лет.

Одним из наиболее вероятных следствий потепления будет повышение уровня Мирового океана из-за теплового расширения его вод и таяния континентальных ледников, например, Гренландии и Антарктиды. При современных темпах антропогенного воздействия к концу XXI века уровень может подняться на 1 метр. Это может привести к существенному изменению береговой линии вследствие затопления обширных территорий. В то же время питание ледников зависит не только от температуры, но и от осадков. Для надёжного прогноза состояния этих ледников требуется совершенствование подробных моделей земной системы, включающих гидрологический цикл и динамику льда.

В то же время не все последствия потепления могут быть неблагоприятными для России. Например, как показали проведённые в Институте физики атмосферы РАН расчёты, потепление Арктики делает Северный морской путь вполне достойным конкурентом Суэцкому каналу.

Резюмируя, можно ожидать, что в XXI веке человечество будет существовать в неравновесных условиях. Это не значит, что произойдёт катастрофа. Но это потребует от цивилизации усилий по приспособлению к изменению окружающей среды. Произойдёт экологическая катастрофа или нет – решать нам. 

– В некоторых печатных СМИ прошли сообщения об исчезновении на нашем светиле солнечных пятен, что якобы грозит резким похолоданием. На фоне угроз глобального потепления звучит неожиданно. Где же тут правда? 

– Солнечные пятна были открыты рядом исследователей, включая Г.Галилея, в 1610–1612 годах. Они оказались удобной мерой солнечной активности. В частности, была выявлена высокая корреляционная связь числа Вольфа, составленного из числа пятен и числа групп пятен, с частотой полярных сияний. Выявлен 11-летний  цикл солнечной активности, а позже и 22-летний цикл.

В конце XIX века Э.Маундер сделал вывод, что в период с 1645-го по 1715 год сообщений о солнечных пятнах практически не было. Некоторые исследователи сделали вывод, что это совпадение минимумов температуры с минимумом солнечной активности отражает причинно-следственную связь. Для основных климатических процессов важны не проявления солнечной активности в верхней атмосфере, а суммарное количество солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы, делённое на площадь диска Земли. Оно называется солнечной постоянной. По современным измерениям солнечной активности и установлению связи с числами Вольфа выполнена реконструкция её среднегодовых значений с 1610 года и среднемесячных – с 1882 года.

Большинство исследователей, используя в расчётах климата Маундеровского минимума восстановленное значение солнечной постоянной, пришли к выводу, что длительное похолодание тех лет связано с уменьшением солнечной активности. Вместе с тем проведённые расчёты на современных моделях климата не выявили заметного влияния вариации солнечной постоянной на изменения климата за время инструментальных наблюдений. Ввиду отсутствия в настоящее время физико-математических моделей прогноза солнечной активности на сроки от десятков до сотен лет в современных сценариях используется статистический прогноз с учётом 11-летнего цикла.

Проведённые, в частности, в Институте физики атмосферы РАН расчёты показали, что прогнозируемые вариации солнечной активности не оказывают заметного влияния на прогнозируемое антропогенное потепление XXI века. В то же время существуют данные о влиянии солнечной активности на состояние озона в стратосфере и, возможно, на процессы облакообразования. Взаимодействие со стратосферой может оказывать влияние на особенности формирования погоды и климата полярных регионов. Поэтому вопрос детального изучения взаимодействия солнечной активности с атмосферой является актуальным.

– Каких природных сюрпризов можно ожидать в ближайшем будущем? Можно ли к ним подготовиться и как?

– На ближайшее время я не могу дать каких-то алармистских прогнозов. Темп глобального потепления в последнее время несколько замедлился, но это может говорить и о некоторой задержке, отсроченной реакции. Антропогенная нагрузка не останавливает своего действия. Для России уже заметно потепление грунта в районах залегания вечной мерзлоты. То, что это приводит к неприятным последствиям для зданий и сооружений, не является секретом для строителей и нефтяников, у них есть свой арсенал средств для приспособления к новым условиям.

Есть определённые риски в высвобождении метана при разложении залегающих на глубине метангидратов в районах вечной мерзлоты, в том числе и от их залежей в мерзлоте арктического шельфа. Метан по парниковому действию на единицу массы в 20 раз сильнее углекислого газа. В своё время даже заговорили о «метановой бомбе»: процессе высвобождения метана при потеплении, с последующим разгоном потепления за счёт парникового воздействия метана.

Однако у метана есть и приятное свойство: в отличие от углекислого газа, он долго в атмосфере не живёт. Расчёты не показывают какого-то взрывного процесса. Если вы подразумеваете под сюрпризом прошедший недавно в Москве шквал – это явление погодное. Прозвучала информация, что шквала такой силы не было 100 лет. Но по своей структуре он не представляет собой ничего необычного. Шквал – это интенсивный вихрь с горизонтальной осью вращения, который возникает на холодном атмосферном фронте, в отличие от смерчей или тайфунов, ось вращения которых расположена вертикально. То, что вероятность его появления высока, было предсказано.

Но здесь ситуация типична для всех интенсивных атмосферных вихрей: точность предсказания их мощности пока ещё не идеальна. Надо слушать предупреждения и не жалеть о принятых предосторожностях.

В своё время академик Г.С.Голицын обнаружил для вихрей с вертикальной осью, что вероятность их появления экспоненциально спадает с ростом их интенсивности. Возможно, эта закономерность соблюдается и для шквалов. Поэтому готовиться надо всегда к самому худшему.

– Какое поведение человечества окажется самым разумным в контексте всего вышесказанного – на уровне как государственной власти, так и каждого из нас? 

– Для человечества ответ, по-моему, очевиден. Мы должны становиться более гуманными и договороспособными. Наш век – век быстрых изменений, в том числе и окружающей среды. Глобальные изменения климата регионально будут проявляться по-разному. Целые регионы могут оказаться в зоне риска. Ну а каждый из нас? Да так же: быть готовыми и жить дружно. А государственной власти желательно усилить вариантное планирование на основе сценариев экспертов.

Беседу вела Наталия Лескова