У природы нет плохой погоды?

За окном сплошная погодная аномалия. Январь напоминает октябрь или март. Снега в Москве и области нет. Это заставило меня более пристально обратиться к феномену погоды (в более широком контексте, климата). Нет ли в текущих аномалиях примет приближающейся климатической катастрофы? И можно ли, вообще, надёжно прогнозировать изменения климата, а на их основе – и превратности нашей общей судьбы? Человек всегда стремится заглянуть в своё будущее. Хоть климатическое, хоть историческое.

С начала некоторое лирическое отступление, для обозначения контекста.

Я с особым вниманием отношусь именно к зимней погоде, так как всю свою сознательную жизнь занимаюсь лыжным спортом. И хорошо помню исторические перипетии снегообразования в Подмосковье. Сейчас в это трудно поверить, но в 70-х годах прошлого века соревнования открытия лыжного сезона в Подмосковье назначались на первое воскресенье декабря, так как снежный покров стабильно ложился в 20-х числах ноября. Зимы были снежными и морозными.  Хорошо помню и единственное исключение (1977 или 1978), когда снега в начале декабря было совсем мало и мы лопатами собирали по лесной просеке снег, чтобы организовать километровый круг для тренировок. Таких катаклизмов, которые стабильно повторяются в начале нового тысячелетия, конечно, не было. Теперь за снегом приходится ездить в Финляндию. Но и здесь может ждать облом. Вот фотография, которую я сделал в местечке Пеурунка, рядом с Ювяскюля (в центре Финляндии), 

куда я специально приехал с семьёй  в зимние каникулы в январе 2014  покататься на сертифицированной Exel лыжной трассе. До 8 января снег так и не выпал! В центре Финляндии!  Но в этом году просто какая-то климатическая катастрофа. Вот как выглядит парк рядом с моим домом в подмосковной Балашихе прямо сейчас, 18 января. Температура +4°С.

Конечно, если покопаться в истории, то там можно найти всё, что угодно. Вспомним, хотя бы, классика:

В тот год осенняя погода

Стояла долго на дворе.

Зимы ждала, ждала природа,

Снег выпал только в январе

На третье в ночь…

По новому стилю – в ночь на 15 января! Если верить историкам, то 5-ую главу Евгения Онегина, в которой описан этот природный казус, Пушкин начал писать 5 января 1826 г. Спустя год после прихода необычайно поздней зимы 1824/1825 года, свидетелем чего он был. 

Подробной картины формирования снежного покрова в центральной России за длительный (несколько сотен лет) период я не нашёл. Но об исторической изменчивости этого самого снегообразования для конкретного места можно судить по следующей таблице(для пересчёта на современный, григорианский календарь нужно воспользоваться пролептическим григорианским календарём. Например, к годам в интервале 1100-1300 нужно добавить 7 дней, а к годам с 1500 по 1582 – уже 10. Так что, например, зимой 1528-1529гг. снег в Киото лёг лишь 31 января, хотя ранее частенько случались и ноябрьские снегопады. Совсем как в Москве.).

Эта таблица взята мною из замечательной книги Е.П.Борисенкова и В.М.Пасецкого «Летопись необычайных явлений природы за 2.5 тысячелетия» (СпБ, Гидрометеоиздат, 2002г.). Авторы, доктора наук, геофизик и историк, используя самые разные источники, летописи, хроники и другие литературные памятники, восстановили картину экстремальных природных явлений в мире за 2,5 тыс.лет и на европейской части России за последнюю тысячу лет (эта работа уже обсуждалась на АШ недавно). За 2-х тысячелетнюю историю человечества, по которой мы располагаем более-менее надёжными письменными источниками, с климатом случалось всякое. Разнообразным катастрофам и катаклизмам нет числа! Книга хороша тем, что в ней принят профессиональный, а не обывательский подход к вопросам климата. Это позволяет избежать многих заблуждений и подтасовок, свойственных современной климатической повестке. И даёт богатую пищу для размышлений над вопросом

Так глобальное потепление или малый ледниковый период?

Вызывает некоторое недоумение то разнообразие противоположных, по сути, взглядов на происходящие климатические изменения в среде разнообразных экспертов. Похоже, в климате, как и в футболе, разбирается каждый.

Итак, исходные данные для анализа совсем незатейливы.

Земля представляет собой открытую систему с известными составляющими теплового баланса.

К первичным факторам такого баланса, непосредственно влияющим на климат следует отнести:

• астрономические, обусловленные процессами, происходящими на Солнце и в солнечной системе в целом, а также изменениями геометрии земной орбиты. Они определяют величину солнечной радиации.  По данным за 2000—2004 годы усреднённый по времени и по поверхности Земли поток радиации составляет 341 Вт/м². По данным измерения советских спутников, среднее значение солнечной постоянной 1364 Вт/м².
• геофизические, связанные со свойствами Земли как планеты, в частности, внутреннее тепло Земли. Основными источниками являются: распад долгоживущих радиоактивных изотопов, гравитационная дифференциация вещества, приливное трение, метаморфизм, фазовые переходы. Средняя плотность этого теплового потока по земному шару примерно в 5000 раз меньше, чем средняя солнечная радиация.

К вторичным факторам формирования климата (не по важности, а по причинно-следственной связи) следует отнести циркуляционные, связанные с процессами внутри самой атмосферы при взаимодействии с другими компонентами климатической системы и прежде всего с циркуляцией атмосферы (и в меньшей мере — с циркуляцией в океане).

Таким образом, краткосрочные изменения климата Земли (горизонт годы-столетия) зависят от взаимодействия основных компонентов климатической системы: наиболее подвижной и ответственной за условия существования жизни — атмосферы, менее подвижных — океана и криосферы, т. е. воды в замерзшем состоянии (континентального и морского льда, снега), а также поверхности суши и биосферы, включающей растительный, животный мир и самого человека.

Если говорить о долгосрочных изменения климата (таких, как переход от ледниковой эпохи к межледниковой и обратно), то они, согласно получившей широкое распространение в настоящее время теории циклов Миланковича, определяются астрофизическими параметрами земной орбиты, вызванным гравитационным взаимодействием планет солнечной системы. Такими как лунно-солнечная прецессия (precession); колебания угла наклона земной оси к плоскости её орбиты (obliquity); долгопериодические колебания эксцентриситета (степени эллиптичности) орбиты Земли  (eccentricity). Все эти факторы суммируются, давая общее солнечное воздействие (solar forcing) на Землю, в котором есть как краткосрочные ( 19-24 тысячи лет), так и долгосрочные (95-125-400 тыс.лет) колебания. Указанные астрономические пертурбации могут вызвать повышение приходящей радиации во время летнего солнцестояния почти на 13%. Такие колебания существенны для климата Земли.

Хотя авторы (Борисенков и Пасецкий) честно признают

В настоящее время теория климата не в состоянии однозначно объяснить причины формирования длительных тенденций изменения климата в сторону потепления или похолодания, сухости или увлажнения. Еще более трудным является предвидение на базе количественных теорий будущих изменений климата и предвычисление климатических экстремумов.

тем не менее, на основе проведённого анализа, они делают однозначный вывод о тенденциях естественного изменения климата в сторону похолодания.

Казалось бы, в чём проблема точного предсказания климата? Общие закономерности понятны, есть модели и огромные вычислительные мощности для корректного учёта самых разнообразных факторов. Тем не менее, даже краткосрочные прогнозы редко бывают точны. Тому есть объективные и субъективные объяснения.

Начнём с объективных. Например, фактор солнечного воздействия, который, вроде бы поддаётся компьютерному моделированию.  Однако, всё не так однозначно. К примеру, многолетние наблюдения показывают, что малому ледниковому периоду соответствует минимальное количество солнечных пятен (измеряемое числом Вольфа) и, соответственно, максимальная интегральная солнечная постоянная. То есть, влияние солнечной активности не совпадает по знаку с климатическими изменениями.

Во многом это объясняется тем, что значение имеет не сама солнечная постоянная, которую сравнительно легко посчитать, а так называемая, метеорологическая солнечная постоянная (солнечная постоянная, вычисленная по спектру радиации, прошедшей через земную атмосферу, равна примерно 1250 Вт/м²). На неё, в свою очередь, сильное влияние оказывает вулканическая активность, сопровождающаяся выбросом в атмосферу Земли гигантского количества мелкодисперсных частиц пепла, вулканического аэрозоля. Это существенно влияет на альбедо (отражательную способность) системы «Земля-атмосфера» и уменьшает количество солнечной радиации, достигающей её поверхности. Кроме того, нагревается воздух в высоких слоях атмосферы. Поэтому, вулканизм является одним из решающих факторов формирования климата. Но его простая трактовка ( типа «ядерная зима») опять не так однозначна. Например, в апреле 1982г. в Мексике произошло мощное извержение вулкана Эль-Чичон. Через несколько дней после извержения было обнаружено снижение прямой солнечной радиации до 20%. Аэрозольное облако распространялось довольно быстро, сформировав аэрозольный пояс между 10° ю.ш. и 30° с.ш. в нескольких слоях на высотах 20-30 км. Тем не менее, никакого катастрофического похолодания климата в природе не произошло. Наоборот, последовавшая после извержения зима 1983-1984г. была аномально теплой практически над всем северным полушарием.

Из приведенного анализа видно, что циркуляционный режим, смена которого порождается предшествующими изменениями внешних климатообразующих факторов, во все эпохи должен был в значительной мере определять региональные изменения климата, его сезонные особенности, формирование климатических аномалий. На характер циркуляции влияют не только первичные факторы, рассмотренные выше, но и тесно связанные с ними процессы, такие как:

• Изменение температуры поверхностных слоёв океана. Например, колебание температуры поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана, оказывающее заметное влияние на климат, известное как Эль-Ниньо.
• Таяние арктических льдов приводит к опреснению и замедлению Гольфстрима, и, как следствие, к холодным зимам в Европе и сильному подъему уровня воды, который будет угрожать крупным прибрежным городам на восточном побережье США, таким, как Нью-Йорк и Бостон. Согласно приведённым данным, Гольфстрим, который приносит мягкий климат в Северную Европу и благоприятные условия для жителей юго-востока США, замедляется самыми быстрыми темпами за последние 1000 лет.
• Таяние льдов также нарушает привычную картину циркуляции приполярных вихрей в атмосфере. Именно похолодание прибрежных течений у берегов Австралии на 1-2°С вызвало небывалую засуху, жару и пожары в Австралии, которые продолжаются и сейчас.

Тезис уважаемых учёных об определяющем влиянии на краткосрочные изменения климата господствующих циркуляционных атмосферных потоков, я могу проиллюстрировать картами распределения по миру воздушных потоков и температур на 21 января. Из них хорошо видно, за счёт чего сформировались аномальные зимние температуры (до +4°С) в центральной России и аномальные летние температуры (до +50°С) в Австралии (данные сервиса Яндекс.Погода).

Широко обсуждаемый в последнее время антропогенный фактор влияния на климат я бы отнёс к субъективным. В том смысле, что какое-то влияние, особенно в последние десятилетия, скорее всего есть, но его важность и, главное, конкретные параметры являются предметом всё возрастающих политических спекуляций. Самый свежий пример – климатическая повестка стала одной из главных тем только что завершившегося экономического форума в Давосе (в первый день форума было объявлено, чтобы мир срочно готовился к "миллионам вынужденных переселенцев", которые покинут свои дома из-за изменений климата, и сопутствующим глобальным проблемам).

Насколько сильно деятельность человека влияет на климат? И к чему всё-таки готовиться – к потеплению или похолоданию?

Да, в простых случаях связь деятельности человека с изменениями климата очевидна. Например, бесконтрольная вырубка лесов (в Амазонии, экваториальной Африке), которая ускорилась в последние годы  - глобальная проблема, потому что тропические леса играют важную роль в гидрологической и климатической системе Земли и оказывает значительное влияние не только на региональный, но и на мировой климат.

Хорошо известен и пример с озоновой дырой над Антарктикой, которая, якобы, увеличивалась исключительно под действием озон разрушающих хлорсодержащих фреонов. Поднятый шум заставил мировую холодильную промышленность перейти на новое поколение менее эффективных, но более дорогих (почти вдвое) фторсодержащих фреонов, которые с готовностью выбросила на рынок компания DuPont, США.  Хотя феномен оказался сложнее, и споры по поводу процессов, определяющих динамику озоновых дыр над Арктикой и Антарктикой, идут и поныне.  

Пожалуй, самый известный пример – проблема выбросов парниковых газов, сопровождающих ускоренное развития промышленности. Эта тема рассматривалась на АШ многократно. В частности, её политический аспект изложен здесь, а содержательный аспект (на основе количественных данных из тех же Борисенкова и Пасецкого) здесь. К сожалению, в вопросе антропогеных выбросов парниковых газов велико чисто политическое искажение научной полемики в угоду интересам различных групп влияния. В итоге, продавливание запрета на традиционную энергетику в пользу «зелёной», торговля квотами на выбросы CO₂ и т.д. Всякий раз, наблюдая за истерикой «зелёных бесов», полезно помнить простые факты (по Борисенкову&Пасецкому):

1. К парниковым газам, прежде всего, относятся водяной пар и углекислый газ. Суммарный парниковый эффект этих газов таков, что при отсутствии водяного пара, при прочих равных условиях, температура атмосферы была бы почти на 32°С ниже современной, при отсутствии СО₂ температура была бы примерно на 6 °С ниже.
2. Концентрация CO₂ в современной атмосфере – 0.034 %, что соответствует (в пересчёте на углерод С) 717 млрд. тонн С.
3. Чистая продуктивность экосистем суши – 57 млрд.тонн С/год, а морская продуктивность – 45 млрд.тонн С/год.
4.  Общий антропогенный вклад оценивается примерно в 10 млрд.тонн С/год, из которых сжигание ископаемого топлива даёт  6,3 млрд.тонн С/год.
5. Данные по содержанию СО₂ в атмосфере на протяжении сотен тысяч лет показывают, что существовавшие изменения концентрации СО₂ могли бы привести к повышению температуры в период оптимума голоцена на несколько десятых градуса выше, а в ледниковый период – на несколько десятых градуса ниже. В реальности же, диапазон изменения температур при переходе от теплового оптимума к ледниковому периоду был 6-8°С и даже более.
6. Изменение температурного режима в истории Земли, в основном, было связано с изменением её орбитальных параметров. Изменения же концентрации СО₂ в эти периоды только отражали изменение скорости обмена СО₂ с океаном в зависимости от температурного режима и аналогичную зависимость скорости обмена СО₂ с биосферой, зависящей от температурного и влажностного режима атмосферы.
7. В некоторой мере содержание СО₂ модулирует дополнительное потепление в период общего потепления климата и похолодание в период его похолодания.

Вывод, который я для себя смог сделать – влияние на климат человечества, при всём его всемогуществе, пока (!) носит довольно ограниченный характер. Гораздо сильнее, прямо сейчас, стоит опасаться экологической катастрофы из-за загрязнения атмосферы и океана, исчерпания полезных ископаемых и источников питьевой воды и далее по списку адептов устойчивого развития.

Некоторые выводы

1. Климат оказывает существенное влияние как на жизнь отдельных людей, так и на человеческую историю в целом. Климат определял расцвет и падение целых цивилизаций, влиял на исход войн (например, суровые зимы 1708-1710 и 1812-1813 годов существенно повлияли на ход Северной войны и Отечественной войны 1812г., соответственно). На протяжении практически всей человеческой истории, сам человек во взаимодействии с климатом играл «пассивно-страдательную» роль, т.е. натурально становился на грань вымирания, мёрз и изнывал от жары и жажды и т.п. Лишь в самое последнее время человек почувствовал себя Творцом, способным повелевать стихиями и поворачивать северные реки с помощью ядерных взрывов.
2. Сам по себе, без человеческого вмешательства, климат Земли вещь довольно консервативная (в масштабах человеческой жизни) и поддающаяся (современными средствами) прогнозированию на уровне долгосрочных (тысячелетия) тенденций. И вмешаться в эти тенденции человек ещё долго будет не в состоянии.
3. Другое дело, более краткосрочные изменения (десятки и сотни лет). Как убедительно показывают экспериментальные данные последнего столетия, на таких масштабах формирование как теплых и холодных эпох, так и экстремально холодных и теплых, экстремально влажных и экстремально сухих периодов однозначно связано с особенностями нарушений зональной циркуляции атмосферы и их конкретными региональными проявлениями. И здесь деятельность человека (та же вырубка лесов или выброс парниковых газов) способна в некоторой степени нарушить естественный баланс.
4. Анализируя в одном из  своих постов возможные составляющие грядущего глобального кризиса, о котором так много говорят и пишут (в том числе и здесь, на АШ), я упомянул и о климатической катастрофе. Она может случиться как одномоментно (извержение вулкана, ядерный взрыв, падение астероида и т.п.), так и в результате неразумного вмешательства человека в природные процессы. И если катастрофические факторы, во многом, вне зоны влияния человека (за исключением ядерного взрыва, разумеется), то об остальном есть серьёзный повод задуматься.
5. Текущие аномалии погоды, конечно, поражают воображение. Похоже, текущая зима, действительно, станет самой тёплой за всё время наблюдений. И вообще, различные температурные рекорды (главным образом, в сторону потепления) в последние годы регистрируются регулярно. Фокус в том, что само «время наблюдений» насчитывает всего 130-140 лет. Поэтому, на фоне погодных аномалий более далёкого прошлого, ничего катастрофического прямо сейчас не происходит. И, исходя из опыта этого прошлого, нас ожидает прохладное дождливое лето.
6. Тем не менее, нет никаких причин для благодушия. Если ничего не менять, то при сохранении средних параметров, мы всё чаще будем испытывать всяческие экстремальные проявления климата. Поэтому, дело Парижского соглашения по климату надо расширять и углублять, очистив его от меркантильных соображений коммерческой выгоды, которые пытаются привнести в него западные страны, прежде всего США. Именно мировой гегемон наплевал на интересы всего человечества, выйдя таки из этого соглашения, и ещё раз подтвердив очевидный тезис о главной угрозе современной цивилизации.