Прилет первых грачей для жителей центральной России означает приход весны. По некоторым данным, за последние десять лет эти вестники весны стали появляться у нас на в среднем на три дня раньше. (Картина Алексея Кондратьевича Саврасова «Грачи прилетели». 1871 год. Третьяковская галерея)

Американские ученые, собрав представительные метеорологические данные, составили подробные карты изменения сезонности в Северном полушарии. Они доказали, что в последние полвека смена сезонов над сушей наступает в среднем на 1,7 дня раньше, а над океанами на 1 день позже, чем в предыдущие полвека. Сезонная амплитуда температур в среднем снизилась на 2,5°C. Эти изменения находятся за пределами случайных колебаний климата. При этом ни одна из существующих моделей климата не в состоянии объяснить эффекта сезонного сдвига. Ученые уверены, что первопричину следует искать в деятельности человека.

Глобальное потепление — это не только повышение температуры и таяние полярных льдов, как упрощенно рисуется в обывательском представлении. Это целая система взаимосвязанных изменений в гидросферных, атмосферных и биосферных циркуляциях. Поэтому о сдвигах, связанных с глобальным потеплением, судят по множеству явлений.

Одно из таких явлений — изменение параметров сезонов. Видоизменение сезонов проявляется в целом ряде признаков: это более ранний прилет птиц и начало цветения весной, более поздний листопад и приход зимы, не говоря уже о непривычно теплых зимах. Однако без работы с большими массивами данных все эти наблюдения остаются не более чем ощущениями. Тем более что отдельные наблюдения противоречивы: в одних районах орнитологи рапортуют о раннем прилете птиц, в других, наоборот, о более позднем, в третьих вообще не регистрируется никаких изменений; или же зимы где-то стали суровее, а где-то, наоборот, вместо снега шли дожди. Ведь возможно, что этот хаос наблюдений отражает всего лишь естественные отклонения от привычного среднего.

Американские ученые Александр Стайн (Alexander Stine) и Инез Фун (Inez Fung) с факультета наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Беркли, а также Питер Хайберс (Peter Huybers) с одноименного факультета Гарвардского университета (Кембридж, Массачусетс) собрали огромный массив данных по сезонным характеристикам бореальной зоны северного полушария. Это та климатическая зона, где сезонность выражена яснее всего и данные за последнее столетие наиболее полные.

В качестве базовых показателей сезонности они использовали среднемесячные температуры за вековой период на всех материках и над океанами для сетки 5° × 5°. На их основе с помощью преобразования Фурье были подсчитаны ежегодные фаза и амплитуда синусоидальной температурной кривой. Далее подсчитывалось соотношение фазы и амплитуды этой кривой и соответствующей синусоидальной кривой инсоляции. Соотношение этих двух кривых отражает важнейшую интегральную характеристику — скорость реакции климатообразующих систем Земли на изменение солнечного излучения. Таким образом, исследователи оперировали в своем анализе двумя интегральными показателями — сдвигом сезонных изменений по отношению к солнечному земному циклу и разницей между амплитудой инсоляции и амплитудой сезонных температур.

В результате были построены карты с распределением этих показателей по всему Северному полушарию (см. рис. 1). На этих картах хорошо видно, что в течение ста лет над океанами смена сезонов происходила медленнее и с меньшими амплитудами: солнце уже светит вовсю, а температуры еще зимние. Над материками наоборот: вслед за инсоляцией быстро сменялись хорошо выраженные сезоны. Этот контраст объясняется большей инертностью атмосферных масс над океанами.

Рис. 1. a — отставание фазы среднемесячных температур от инсоляции (в днях): синий цвет — меньшее отставание, оранжевые оттенки — большее. b — соотношение амплитуд температуры и инсоляции: синий цвет — маленькая амплитуда, оранжевые оттенки — увеличение амплитуды. Карта из обсуждаемой статьи в Nature

Собранные данные позволили оценить отклонения от средних значений за сто лет, и это дало возможность увидеть тренды в изменениях сезонных показателей.

За последние полвека смена сезонов над материками сдвинулась на более ранние сроки (см. рис. 2). Этот сдвиг составил в среднем 1,7 дня. Но в тропических странах, наоборот, наступление сезонов задерживалось. На карте это отражено доминированием голубого цвета над материками. Над океаном сезонный сдвиг стал более выражен, но имеет явную региональную специфику в Атлантическом и Тихом океанах.

Рис. 2. e — тенденции в наступлении сезонов за период с 1954-го по 2007 год: оранжевые оттенки — сдвиг на задержку, голубые — сдвиг на преждевременное наступление сезонов (в днях); хорошо видно, что над Атлантическим и Тихим океаном расположение цветовых пятен не совпадает по широтам. f — разница в температурах между сезонами за период с 1954-го по 2007 год: синий цвет — уменьшение сезонного размаха температур, от желтого до темно-красного — увеличение. Карта из обсуждаемой статьи в Nature

Разница в температурах между сезонами за последние полвека уменьшилась на 2,5°С (см. рис. 2, f). Это уменьшение связано и с ростом зимних температур, и c некоторым похолоданием в летние месяцы. На карте уменьшение сезонного размаха температур отражено доминированием синего цвета, этот эффект особенно хорошо заметен в  районе Центральной Евразии и Западной Канады. Однако имеются крупные территории, где, напротив, регистрируется увеличение сезонной амплитуды температур. Это средиземноморские территории, европейские прибрежья Атлантики, юг США, Квебек (Канада). Увеличение этого параметра связано в основном с наступлением более суровых зим на этих территориях. Над океанами размах температурных колебаний менялся мало (увеличился примерно на 0,4°С).

Для объяснения трендов проще всего предположить, что это простые стохастические колебания, то есть что эти отклонения находятся в пределах естественных климатических колебаний. В этом случае отклонения от среднего значения (за период наблюдений до середины прошлого века и за последние полвека) должны распределяться более или менее симметрично вокруг нуля, какой бы период наблюдений мы не взяли. Отклонения от нуля будут указывать на существование тренда в сезонных сдвигах.

Данные показали, что на суше отклонения от среднего существенно отличаются от нуля и составляет –1,7–1,9 дней. А океанический сезонный сдвиг обнаруживается только на большом массиве данных (вот для чего данные-то собирать нужно!). Но он всё же значимый и отличается от материкового — сезоны сменяются в среднем на 1 день позже, чем в предыдущие полвека.

Отклонения от средних температур также оказались значимы для массива данных суши — на 2,6°С. Таким образом, феномен сдвига сезонов нельзя объяснить только стохастическими (случайными) эффектами. Попросту говоря, нам не кажется, что зима стала теплее, а весна приходит раньше — это и вправду наступившая реальность.

Почему происходят эти сдвиги? Сейчас разработан ряд климатических моделей, которые учитывают множество разнородных и сложно взаимодействующих факторов, которые формируют современный климат. Авторы работы не поленились и посмотрели, какая из 25 существующих моделей глобального климата имитирует сезонный сдвиг (а этот сдвиг, как выяснилось, не иллюзия магниточувствительных пациентов). И оказалось, что никакая (!). Ни одна из эксплуатируемых климатических моделей не в состоянии предсказать реальное явление сдвига сезонных параметров. Это означает, что современная климатология упускает из рассмотрения какой-то очень важный фактор.

Что же это может быть за фактор? Например, это может быть какое-то космическое явление с относительно длинным периодом колебаний. Вслед за Дэвидом Томсоном (David J. Thomson), специалистом-климатологом с факультета математики и статистики Королевского университета (Queen's University) в Кингстоне (Онтарио, Канада), авторы полагают, что такой космической причиной может быть прецессия земной оси. Безусловно, прецессия — наклон земной оси — влияет на параметры сезонности, следовательно цикличность прецессии должна вызвать и периодический сдвиг сезонов. Сам Томсон в сопровождающей статье в Nature выражает раздраженное недоумение по поводу игнорирования такого очевидного фактора.

Однако Стайн с коллегами уверены, что первопричиной настоящих климатических сдвигов нужно считать человеческую деятельность. Их убеждает тот факт, что сезонные сдвиги стали наиболее заметны только в последние 25 лет, когда антропогенная нагрузка на планету сильно увеличилась в связи с демографическим и научно-техническим ростом. А по сравнению с относительно малолюдным и малопроизводительным XIX столетием изменение сезонности в конце XX века выражено еще яснее.

Источники:
1) A. R. Stine, P. Huybers, I. Y. Fung. Changes in the phase of the annual cycle of surface temperature (полный текст — PDF, 1,1 Мб) // Nature. V. 457. P. 435–441 (22 January 2009); doi:10.1038/nature07675.
2) David J. Thomson. Climate change: Shifts in season // Nature. 2009. V. 457. P. 391–392.

Елена Наймарк

elementy.ru