|
Облачность является мощным фактором, регулирующим
тепловое состояние и увлажнение земной поверхности. Влияние диапазона колебаний
облачности в природе на изменение температуры воздуха и количества осадков на
порядок превышает эффект, обуславливаемый ростом содержания в атмосфере
парниковых газов антропогенного происхождения. Наблюдаемый рост облачности
является мощным фактором, который сдерживает потепление климата.
Рост испарения, как с морской поверхности, так и с
территории суши, вызвавший рост облачности, привел к увеличению количества
атмосферных осадков, как над акваторией океана, где их выпадает около 80%, так
и над территорией суши. Увеличение количества осадков в среднем составило около
3 – 4%. Наибольший прирост осадков характерен для приокеанических склонов
континентов и, особенно – над островами, в то время как во
внутриконтинентальных районах они могли и сокращаться вследствие меридиональных
градиентов температур и снижения поступления влаги в центральных районах суши.
В работах О. А. Дроздова и А. С. Григорьевой (1963,
1971) установлено, что, хотя общая картина изменений количества выпадающих
осадков при потеплении или похолодании в высоких широтах довольно сложна, в
районах недостаточного увлажнения умеренных широт преобладает тенденция к
увеличению количества осадков при понижении температуры в Арктике. Этот эффект
Дроздов и Григорьева объяснили усилением переноса водяного пара в глубь
материков при увеличении контраста температуры между низкими и высокими
широтами.
С изложенной выше концепцией хорошо согласуются результаты
исследования Лэма, в котором были построены мировые карты аномалий осадков для
периода с повышенными и пониженными средними температурами воздуха у земной
поверхности (1974). Из этих карт видно, что во время глобальных похолоданий
суммы осадков увеличивались на большей части поверхности континентов в средних
широтах, уменьшались в субтропической и тропической зонах пояса высокого давления
и увеличивались в экваториальных широтах. Эти данные подтверждаются и
результатами исследования И. И. Борзенковой [7].
Рис. 2.1.1. Широтное распределение сумм осадков.
1 — по данным Лема, 2 — по данным Борзенковой.
Согласование этих кривых подтверждает наличие
закономерной связи между распределением атмосферных осадков и глобальными
колебаниями средней температуры воздуха. Анализ данных об осадках в Северном
полушарии (8300 станций и дождемерных постов) показал, что 1980-е и начало
1990-х годов были не только самыми теплыми, но и самыми влажными годами за весь
период инструментальных наблюдений. Высокий уровень увлажнения обеспечивался в
основном за счет районов, расположенных севернее 500 с. ш., в то
время как в тропической зоне отмечалось заметное его уменьшение. Положительный
тренд осадков в зоне 35 – 700 с. ш. оценивается равным 6 – 8% за 100
лет. Исследования последних лет показали, что в 80-х и 90-х годах статистически
значимо увеличились ливневые осадки, что, по-видимому, связано с усилением
внутримассовой конвекции в летнее время во внутриконтинентальных районах из-за
повышения температуры воздуха (П.Я. Гройсман, устное сообщение). Определенные
изменения в циркуляционном режиме, характерные для теплых эпох прошлого, также
отмечаются и в последние 15–20 лет. В частности, максимум зональной циркуляции,
обеспечивающий высокий уровень увлажнения в высоких широтах, с начала 80-х
годов постепенно смещается в более северные широты. Такие изменения в
климатическом режиме, произошедшие за последнее столетие, и особенно за
последние 15 – 20 лет, свидетельствуют о фундаментальной перестройке глобальной
климатической системы. Можно предположить, что в значительной степени эти
изменения обусловлены антропогенными причинами, и прежде всего изменением
концентрации парниковых газов.
1.2 Предполагаемые причины и факторы
климатических изменений. Циклические колебания климата
Известно, что естественные колебания глобального
климата определяются изменениями в приходе солнечной радиации на верхнюю
границу атмосферы в результате колебания солнечной постоянной, колебания
радиации из-за изменений астрономических параметров земной орбиты или из-за
ослабления радиации стратосферным аэрозолем после крупных вулканических
извержений взрывного типа. Одна из концепций, утверждающая зависимость современных климатических
изменений от вулканической активности, была предложена Гемфрисом (1913, 1929 и
др.).
Уже в работах Гемфриса было установлено, что среднее
количество прямой солнечной радиации, приходящей к земной поверхности в
безоблачных условиях, в различные годы может заметно изменяться. Эти изменения
хорошо видны на кривых векового хода прямой радиации, построенных по материалам
наблюдений на ряде актинометрических станций. Такие кривые показывают, что
прямая радиация, заметно изменяясь от года к году, в среднем изменяется также и
за более длительные периоды времени, порядка десятилетий. Представляет
значительный интерес сопоставление векового хода температуры в северном
полушарии с вековым ходом радиации, приходящей к земной поверхности. Для этой
цели был обработан материал актинометрических наблюдений за 1880— 1965 гг. для
группы станций Европы и Америки с наиболее длительными рядами наблюдений,
расположенных в зоне 40—60° с. ш., и построена средняя для этих станций кривая
векового хода прямой радиации при безоблачном небе (Будыко, Пивоварова, 1967;
Пивоварова, 1968). На рис. 1.2.1 представлены сглаженные по 10-летнему
скользящему периоду значения солнечной радиации для рассматриваемого интервала
времени (кривая б). Как видно, солнечная радиация имела два максимума: один,
кратковременный, в конце XIX в.
и второй, более длительный, с наибольшими значениями радиации в 30-х годах XX в. Можно высказать два предположения
о причинах изменений прямой радиации при безоблачном небе. Первое из них —
связь этих изменений с колебаниями астрономической солнечной постоянной
(светимости Солнца), второе — с колебаниями так называемой метеорологической
солнечной постоянной, т. е. количества радиации, поступающей на верхнюю границу
тропосферы, которое может изменяться при постоянной светимости Солнца из-за
нестабильности прозрачности стратосферы. Первая гипотеза была предложена в
нескольких работах, примером которых является исследование Босоласко и его
соавторов (1964).
Рис. 1.1.2. Вековой ход аномалий температуры (а) и
прямой радиации (б)
В этой работе из данных наблюдений на трех
актинометрических станциях был сделан вывод, что солнечная постоянная растет
при повышении солнечной активности (характеризуемой числами Вольфа) до
некоторого предела, после чего при дальнейшем увеличении солнечной активности
солнечная постоянная уменьшается.
Для выяснения механизма
современных изменений климата сравним кривую б на рис. 1.2.1 со
сглаженной по скользящему 10-летнему периоду кривой векового хода температуры
(кривая а). Очевидно, что между этими кривыми имеется определенное
сходство. Так, на обеих кривых имеется два максимума, из которых один относится
к концу XIX в., а второй (главный) — к 30-м
годам XX в. Можно предположить, что это естественное потепление климата,
связанное с увеличением прозрачности нижних слоев атмосферы в результате
длительного отсутствия вулканических извержений взрывного типа. Обычно этот
процесс сильнее всего проявляется в высоких широтах в летнее время, когда
вступает в действие механизм обратной связи со льдами.
Вместе с тем, между этими кривыми имеются некоторые
различия; в частности, первый максимум более заметен в вековом ходе радиации по
сравнению с вековым ходом температуры. Сходство кривых а и б
позволяет предположить, что изменения радиации, обусловленные нестабильностью
прозрачности атмосферы, являются существенным фактором изменений климата. Для
выяснения этого вопроса следует выполнить количественный расчет изменений
температуры в результате изменений атмосферной прозрачности для коротковолновой
радиации.
В упомянутых исследованиях Гемфриса было установлено,
что наибольшее влияние на планетарные колебания прозрачности атмосферы
оказывают сравнительно небольшие частицы аэрозоля, которые длительное время
задерживаются в нижних слоях стратосферы.
Гемфрис и Векслер предполагали, что наиболее мелкие
частицы могут оставаться в атмосфере на протяжении нескольких лет. Эти частицы
мало влияют на длинноволновое излучение, но заметно усиливают рассеяние
коротковолновой радиации, в результате чего увеличивается планетарное альбедо
Земли и уменьшается величина радиации, поглощенной Землей как планетой.
Оценивая влияние изменения количества прямой радиации
на среднюю температуру у поверхности Земли, следует принять во внимание
зависимость средней температуры от приходящей солнечной радиации. Расчеты
показывают, что при изменении приходящей радиации на 1 % средняя температура у
поверхности Земли при постоянном альбедо системы Земля — атмосфера изменяется
на 1,1—1,50C.
С.И. Савинов (1913), Кимбалл (1918), H.H. Kaлитин (1920) и
другие авторы установили, что после сильных вулканических извержений взрывного
характера происходят резкие уменьшения солнечной радиации. В таких случаях
средняя для больших территорий величина прямой радиации в течение нескольких
месяцев или лет может быть понижена на 10—20%. Пример такого изменения радиации
представлен на рис. 2.2.1, где изображено изменение отношения средних месячных
значений прямой радиации при безоблачном небе к их нормам после извержения
вулкана Катмай на Аляске в 1912 году.
Эта кривая, построенная по данным наблюдений на
нескольких актинометрических станциях в Европе и Америке, показывает, что в
отдельные месяцы атмосферный аэрозоль уменьшил прямую радиацию более чем на 20
%.
Рис. 2.1.2. Изменение прямой радиации после
вулканического извержения.
В некоторых районах уменьшение прямой радиации было
еще более значительным. Так, например, в Павловске (район Петербурга),
расположенном на громадном расстоянии от Аляски, солнечная радиация в течение
полугодия была на 35 % ниже нормы. Аналогичные изменения радиации имели место
после извержения вулкана Кракатау (Индонезия) в 1883 г. В обоих случаях после извержения вулканов на огромных территориях наблюдались аномальные
оптические явления в атмосфере, что подтверждало планетарный характер изменений
радиационного режима в результате распространения стратосферного аэрозоля.
После крупных извержений
в течение нескольких лет существенно снижается температура воздуха в теплое
время года, причем в северном полушарии это снижение достигает максимума в
северной части средних широт. В холодные сезоны изменения температуры после
извержения имеют более сложный характер; она обычно понижается в полярной зоне
и часто повышается в средних широтах. В результате этого средняя годовая
температура понижается значительно сильнее в высоких широтах по сравнению со
средними широтами. Так, за
последние 20 лет произошло два крупных вулканических извержения такого типа
(Эль-Чичон в 1982 г. и Пинатубо в 1991 году), последствием которых было
заметное уменьшение средней глобальной температуры в течение 2 – 3 лет. В конце
июня 1997 г. было зафиксировано еще одно значительное извержение (вулкан
Попокатепетль), влияние которого на климат пока еще не совсем ясно, так как
извержение этого типа отличается от извержений вулканов Эль-Чичон и Пинатубо.
Таким образом, вулканическая деятельность оказывает
определенное влияние на климат, а именно способствует снижению температуры за
счет накопления продуктов вулканической деятельности (в частности, аэрозолей) в
стратосфере, что в свою очередь приводит к уменьшению поступления количества
солнечной радиации к поверхности Земли. Наиболее яркий пример – это снижение
среднегодовой температуры в 60-е годы, которое, скорее всего, было вызвано
серией извержений: Агунг (1963), Суртсей (1964), Таал (1965), Таал и Аву
(1966), Фернандина (1968). Однако, извержения вулканов наблюдались и в годы
относительного увеличения температуры: Фуэго (1974), Суфриер (1979),
Сент-Хеленс (1980), Алаид (1981). Возможно, что в данный период факторы,
способствующие повышению температуры, оказались более значимыми и сгладили
влияние продуктов вулканической деятельности на климат.
Анализ хода метеорологических
элементов (осадков, давления, температуры и пр.) по современным данным
указывает на существование прямой связи между ходом солнечной активности и
частотой и интенсивностью смены воздушных масс над данной произвольно выбранной
территорией. С усилением солнечной активности возрастает частота и
интенсивность смены воздушных масс, а с ослаблением солнечной активности она
падает. В соответствии с этим и основные переносы претерпевают усиление или
ослабление.
Как правило, проявления солнечной
активности связывают с появлением солнечных циклов с периодами 11, 22, 33 и 88
– 90 лет в климатических вариациях метеовеличин [12]. Проявление 11-летнего
цикла солнечной активности (цикл Швабе – Вольфа) представляет собой колебания
числа солнечных пятен. Данная периодичность не столь выражена, как 22-летний цикл
Хэйла, обнаруженный в климатических записях во многих регионах земного шара.
Этот цикл связан с переполюсовкой магнитного поля на Солнце. Для объяснения
существующих неопределенностей в климатическом отклике на солнечное воздействие
(пространственные неоднородности, слабость внешнего сигнала) в ряде работ
разработан механизм возникновения в атмосфере энергоактивных областей (систем),
связанных с зонами развития неустойчивости, усиливающими атмосферный эффект
солнечно-обусловленного сигнала из-за внутренних свойств самой системы. Свойство
усиливать внешний сигнал характерно для нелинейных динамических систем. В
частности, одной из таких областей по мнению [12] является зона Северной
Атлантики.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
|
