Чтение онлайн

Рис. 11. схема двухсекундных максимальных порывов ветра со средней частотой 1 раз в 50 лет (информация используется с любезного разрешения Германской метеорологической службы и лично господина Х. Шмидта)

Вторая карта посвящена сильным ветрам в Северной Германии. На ней отображена максимальная скорость ветра (фиксируемая в течение не менее двух секунд), превышение которой фиксировалось не чаще одного раза в 50 лет (рисунок 11). Согласно этой карте, непосредственно на береговой линии можно ожидать скорости ветра 50 м/с, тогда как максимальная скорость ветра в глубине материка равна 38 м/с и достигается раз в 50 лет.

Эта информация в качестве данных о внешних детерминирующих факторах включается в исследования, экспертные оценки и заключения о социальных, экономических и политических процессах, относительно которых известно наверняка или предполагается, что они могут быть подвержены влиянию климатических условий. Это целый спектр вопросов (мы приведем для примера лишь несколько), как правило, касающихся прикладных исследований антропоцентристского характера.

1) Возможные влияния климатических условий на жизнь отдельных людей, их самочувствие и здоровье. К этому аспекту мы еще вернемся.

2) Важное место в этом списке занимает предотвращение опасности, связанной с экстремальными метеорологическими явлениями. Типичный случай – опасность наводнений на морском побережье или на берегах рек. Статистические данные о количестве осадков и силе ветра – это главные показатели, позволяющие оценить или измерить уровень потенциальной опасности и на этом основании, например, рассчитать высоту дамбы. Оползание склона или сель тоже входят в группу климатически детерминированных опасностей, так как хотя они в целом и не поддаются прогнозированию (так же, как извержения вулкана), однако между их частотой и статистикой осадков прослеживается четкая связь.

3) Статистические данные о климате и особенно об экстремальных значениях его переменных крайне важны не только для человека и общества, но и для мира растений. Климатические ограничения возможностей сельского хозяйства зачастую определяются не столько средней температурой летом и зимой, сколько минимальным значением температуры или первыми и последними заморозками в данной местности. Если температура резко падает хотя бы однажды, то, как правило, потом уже для растений не так важно, будет ли это значение температуры повторяться через равные промежутки времени или, несмотря на данный экстремум, оставшийся период в сообщениях всех метеослужб будет фигурировать как «нормальный». (Во Флориде, например, решающими являются заморозки или их отсутствие, так как именно заморозки губят урожай цитрусовых). В других случаях температурные экстремумы в целом не имеют большого значения: так, например, время цветения подснежников зависит главным образом от средней температуры в январе и феврале.

4) Другой важной сферой применения статистической информации о климате является оценка актуальных процессов и явлений и возможность понять, объясняются ли они аномальными климатическими условиями или какими-то другими, не климатическими процессами. Сюда относится, например, вопрос о причинах цветения водорослей, которое могло быть вызвано эвтрофированием Северного моря, или о «гибели лесов».

Тщательный учет бесчисленного множества климатических наблюдений, которые на протяжении вот уже 100 лет ведутся на торговых судах и результаты которых в обобщенном и переработанном виде представлены в знаменитых базах данных, таких как COADS (Comrehensive Ocean-Atmosphere Data Set), также является источником важной рабочей информации для современных фундаментальных исследований климата. Здесь следует упомянуть исследования удаленного воздействия климатических аномалий, прежде всего в связи с феноменом Южного колебания – Эль-Ниньо (ENSO), описанным еще в конце XIX века шведским ученым Гильдебрандсоном. Другая масштабная климатическая аномалия – Североатлантическое колебание – представляет собой противоположные по фазе колебания атмосферного давления и температуры в северном Атлантическом океане. Если температура в Гренландии выше нормы, то в Северной Европе в это время температура, как правило, понижается, и наоборот. С этим связаны и колебания атмосферного давления: если на территории Исландии давление повышенное, то над Азорскими островами – пониженное, и наоборот. Этот механизм, безусловно, имеет большое значение для европейского климата. Впервые он был описан датским миссионером Гансом Эгеде (1668–1758) в книге «Dagbog holden i Gronland i Aarene» (1770–1778).

Количество и относительное значение климатических переменных менялись по мере развития научных исследований в этой области. Сегодня в центре внимания находятся уже другие переменные, и число их существенно возросло. Если раньше ученые в изучении климата опирались на сравнительно обособленные наблюдения отдельных переменных, то сегодня климатологи пытаются включить в интегрированный исследовательский подход как можно больше различных переменных, чтобы лучше понять климатическую систему в целом, т. е. учитывая все факторы – океаны, морские льды, биосферу и тому подобное.

В позапрошлом столетии границы климатических исследований в значительной степени зависели от технических возможностей установки измерительных метеорологических приборов. В 1920-х годах появилась возможность с помощью шаров-зондов, воздушных змеев, самолетов и радиозондов вести наблюдения на различной высоте. К слову, в процессе этих наблюдений в начале 1920-х годов была открыта стратосфера. Восхождения в горы и небезопасные полеты на воздушном шаре показали, что температура при подъеме на 100 м понижается где-то на 0,7 °С. На основании этого наблюдения Герман фон Гельмгольц (1821–1894) сделал вывод, что на высоте около 30 метров должен быть достигнут абсолютный ноль (–273 °С). Когда после первых измерений с помощью беспилотных воздушных шаров стало ясно, что после достижения 11-километровой высоты начинается зона постоянной температуры, многие метеорологи вначале усомнились в правильности измерений, но это была граница между тропосферой и стратосферой.

Лишь совершенно новые методы наблюдения привели к кардинальным переменам в климатологии, которая на протяжении вот уже нескольких десятилетий является не географической дисциплиной, а, скорее, физикой и химией окружающей среды. Неудивительно, что подобные тенденции вдохновили в первую очередь молодых метеорологов и что именно они, в свою очередь, способствовали смене парадигмы 1 . В следующем разделе мы рассмотрим концепцию климата в этой «новой» климатологии.

Чтобы показать разницу между описательной климатологией, основанной на географической традиции, и новыми, физико-климатическими исследованиями, мы для начала, в качестве примера типично «физического подхода» в метеорологии, рассмотрим парниковую теорию шведского химика Сванте Аррениуса (1859–1927). Сегодня многие ученые считают Аррениуса первооткрывателем парникового эффекта. Как это всегда бывает в науке, споры о том, кто «действительно первым» открыл, сформулировал, изобрел и так далее, совершенно бессмысленны. В действительности в науке одновременно и независимо друг от друга совершаются открытия, которые затем могут стать причиной спора о первенстве. Если смотреть еще шире, то, как правило, всегда можно найти кого-то другого, кто высказывал схожие идеи прежде или, по крайней мере, двигался в том же направлении. Аррениус в создании своей парниковой теории тоже опирался на достижения великих предшественников. Одним из них был французский математик Жан Баптист Жозеф Фурье (1768–1830). Но в конечном итоге современную теорию парникового эффекта разработал именно Аррениус, так что сегодня его первенство общепризнано. (Открытие и описание парникового эффекта Аррениусом отмечалось и обсуждалось в свете последних исследований в февральском номере журнала AMBIO за 1997 год).

В конце XIX века физики и химики активно обсуждали вопрос о том, какие факторы влияют на температуру в приземных слоях атмосферы. Этот вопрос возник в связи с новым научным знанием о ледниковом периоде, господствовавшем на Земле много тысяч лет назад, и с пониманием того, что приземная температура, по-видимому, неоднократно и существенно менялась на протяжении истории Земли. Аррениус, получивший впоследствии Нобелевскую премию по химии за другие свои достижения, утверждал, что приземная температура, а, следовательно, и температура воздуха достигает в точности того значения, при котором длинноволновое излучение Земли равно коротковолновому солнечному излучению. Если они не равны, то температура понижается или повышается до тех, пока не будет достигнут этот баланс. Согласно закону Стефана-Больцмана, длинноволновое излучение пропорционально 4-й степени температуры.

Если бы между источником энергии – Солнцем – и ее получателем – Землей – был вакуум, то средняя температура атмосферы Земли была бы равна – 10 °С. Фактически это, разумеется, не так, потому что между Солнцем и поверхностью Земли есть атмосфера, в которой, помимо облаков, содержится водяной пар и другие «парниковые газы». Эти газы, в частности, углекислый газ или метан, (тепловое) излучение и снова испускают его во все стороны, так что исходящая от земной поверхности энергия, которая в принципе должна была бы уйти непосредственно в Космос, частично улавливается и перенаправляется обратно в сторону Земли. Эти газы имеют подобное воздействие уже при очень низкой концентрации. Самый распространенный – наряду с водяным паром – парниковый газ СО2 составляет лишь 0,03% атмосферного воздуха.