К.Я. Кондратьев, академик, В.Ф. Крапивин, доктор физико-математических наук
Современные средства наблюдения за природно-техногенными процессами из космоса и с помощью наземных информационных систем позволяют получить множество сведений о состоянии различных элементов глобальной системы природа-общество. Эти сведения используются национальными и международными организациями для оценки состояния окружающей среды с учетом возможного принятия решений о реализации технических проектов и прогнозирования их последствий для окружающей среды. К сожалению, пока не созданы условия для оптимального принятия этих решений, так как отсутствует научно обоснованная координация между изменениями природной среды и динамикой антропогенных процессов. Тем не менее, все системы наблюдения за Землей нацелены на получение данных о глобальных изменениях окружающей среды. При этом внимание акцентируется на отдельных проблемах, таких как оценка распределения стоков атмосферного углерода в биосферные резервуары; состояние лесных массивов, процессы обезлесивания и облесения; динамика опустынивания и изменение структуры земных покровов; состояние водных ресурсов, распределение запасов пресных вод и изменение составляющих глобального водного баланса; интенсивность и пространственно-временные характеристики опасных природных явлений; изменение приземной температуры атмосферы и тенденции изменения климата; изменение газового состава атмосферы; взаимодействие океана, атмосферы и суши.
Этот перечень ключевых вопросов глобальной экодинамики в различных программах мониторинга окружающей среды, как правило, интерпретируется с позиций односторонних стереотипов понимания глобальных изменений. Однако существует очевидная истина: глобальная система атмосфера-гидросфера-литосфера-криосфера-биосфера-общество исключительно сложна и характеризуется наличием многочисленных обратных связей между ее компонентами. Поэтому, собирая данные об отдельных компонентах, необходимо всегда учитывать наличие их окружения, которое осуществляет регулирование энергетических потоков и формирует условия функционирования каждого компонента природной и антропогенной среды.
Анализ данных наблюдений в большинстве случаев сводится к рассмотрению информации трех категорий:
изменение приземной температуры воздуха (ПТВ) за последние полтора столетия и особенно за последние 20-30 лет, когда наблюдалось наиболее значительное повышение среднеглобальной среднегодовой ПТВ;
изменение структуры земных покровов;
палеоклиматические изменения.
Последние привлекают внимание с точки зрения их сопоставления с современными тенденциями изменения климата и в некоторой степени — как аналог возможных изменений климата в будущем (подобные попытки продолжают иметь место, хотя уже неоднократно и убедительно аргументировалась некорректность использования палеоаналогов для прогнозирования климата будущего). Другие характеристики окружающей среды, так или иначе, сводятся к характеристикам климата.
По определению, климат характеризуется значениями метеорологических параметров, осредненными за промежуток времени, равный 30 годам (например, аномалии климата за 1990-е гг. определяются как отклонения от средних значений за 1961-1990 гг.). Несмотря на это, широко практикуется анализ пространственно-временной изменчивости климата за отдельные годы. В частности, Всемирная метеорологическая организация ежегодно публикует сводки о глобальном климате.
1990-е гг. в целом были самым теплым десятилетием за весь период метеорологических наблюдений, начиная с 1860 г., а 1999 г. оказался пятым по уровню аномалий среднеглобальной среднегодовой ПТВ (+0.33°С) за период с 1860 по 1999 г. На пятом месте была и средняя аномалия ПТВ (+0.45°С) в северном полушарии, но в южном полушарии она оказалась лишь на десятом месте (+0.2°С). В то же время в октябре 1999 г. среднеглобальная ПТВ была на 0.2°С ниже среднего значения за период 1979-1999 гг.
Полоса максимальных среднегодовых положительных аномалий ПТВ простиралась от Северной Америки на восток через Атлантический океан и Евразию к экваториальной полосе западного сектора Тихого океана. Минимальные аномалии ПТВ (включая понижение ПТВ) наблюдались в широкой полосе центрального и северо-восточного регионов Тихого океана. Анализ данных наблюдений выявил преобладание положительных аномалий температуры в 1999 г. во многих регионах земного шара. Наиболее яркие аномальные ситуации включают события как потепления, так и похолодания, в том числе:
наблюдавшаяся в январе волна холода породила понижение ПТВ в Норвегии, Швеции и в некоторых регионах России до уровней, не наблюдавшихся с конца XIX века;
понижение температуры в феврале в Западной Европе сопровождалось сильными снегопадами в Альпах;
ПТВ упала до значений ниже нормы в Западной Австралии, хотя наблюдавшееся в начале января экстремальное потепление привело к интенсивным кустарниковым пожарам;
в Исландии температура в марте была самой низкой за последние 20 лет;
в апреле мощные волны тепла сформировались в северном и центральном регионах Индии, а в июле и августе — в северо-восточном и средне-западном регионах США;
необычайно жаркая и сухая погода наблюдалась в западной части России (аномалии ПТВ в центральном и северо-западном регионах европейской территории превосходили 5°С);
в Австралии средняя максимальная ПТВ в ноябре-декабре оказалась самой низкой после 1950 г.;
более холодной, чем обычно, была вторая половина года в Центральной и Южной Африке; регион Сахели был более облачным, холодным и влажным, чем в предыдущие годы;
в США потепление за последние 50 лет было более слабым, чем на остальной части земного шара, причем в восточной части США имело место слабое похолодание.
1999 г. характеризовался большим числом природных катастроф, особенно наводнений. В Австралии, США и Азии наблюдалось значительное количество тропических штормов, в Европе — сильные снегопады, лавины и бури, в США — засуха и торнадо.
Среднегодовое среднеглобальное значение ПТВ в конце XX века более чем на 0.6 ± 0.2°С превосходило значение, зарегистрированное в конце XIX столетия.
Анализ данных наблюдений ПТВ позволил сделать вывод, что начиная с 1850 г. имело место нерегулярное, но существенное потепление климата в глобальных масштабах, малозаметное с середины XIX века до 1910 г., но в дальнейшем возросшее до 0.1 °С за 10 лет. Два продолжительных эпизода похолодания были разделены интервалом небольшого похолодания, особенно в северном полушарии. В периоды с 1951-1960 гг. по 1981-1990 гг. наблюдалось изменение знака межполушарной разности температур: северное полушарие стало холоднее южного.
Современное глобальное потепление рассматривалось некоторыми специалистами как связанное с внезапными изменениями в регионе Тихого океана около 1976 г. или с постепенным потеплением тропического пояса Тихого океана, а также с другими явлениями региональных масштабов. Существование такого рода закономерности установлено достаточно хорошо и приписывалось главным образом неустойчивости интерактивной системы атмосфера-океан в тропиках Тихого океана. Были выявлены периодичности около 4-6 лет и 2-3 лет, связанные с явлением Эль Ниньо/Южное Колебание (ЭНЮК). Наличие подобных закономерностей в масштабах десятилетней и междесятилетней изменчивости было труднее выявить ввиду недостаточной длины рядов наблюдений. Тем не менее, дополнительные наблюдения изменчивости температуры поверхности океана (ТПО) в Атлантическом океане позволили установить закономерности:
постепенное повышение ТПО в обоих полушариях в 1910-1940 гг., продолжавшийся затем рост ТПО в северном полушарии до середины 1950-х гг., но более низкая ТПО в южном полушарии;
похолодание океана северного полушария в 1960-1970-е гг. с подъемом температуры океана в южном полушарии, что обусловило изменение знака межполушарного контраста ТПО в начале 1970-х гг.;
повышение ТПО в обоих полушариях в 1980-е гг. при небольшом ослаблении этой тенденции за последние годы.
Недостаточная длина рядов инструментальных наблюдений не позволяет интерпретировать перечисленные глобальные закономерности как проявление более или менее монотонного повышения ТПО или как часть долговременных вековых колебаний (согласно косвенным данным, наблюдались колебания с периодами от 65 до 500 лет). К числу возможных внешних факторов изменчивости относятся рост концентрации CO2, изменение внеатмосферной инсоляции и вулканические извержения. Новым и удивительным результатом оказалось обнаружение того факта, что крупномасштабному потеплению и похолоданию предшествовала такая же изменчивость ТПО вблизи южной оконечности Гренландии, а вскоре после этого — в центральной части Тихого океана в северном полушарии. Это отображает важную роль высокоширотных процессов в Северной Атлантике и возможное взаимодействие через атмосферу с Тихим океаном.
В масштабах времени около десятилетней изменчивости (7-12 лет) регулярных колебаний обнаружено не было. В Северной Атлантике проявлялись 13- 15 летние и 90-летние колебания. Вблизи мыса Гаттерас имели место междесятилетние колебания, которые распространялись вдоль Гольфстрима в зону Северной Атлантики, где происходило изменение их фазы (полученные ранее аналогичные результаты были довольно противоречивыми). В контексте поиска междесятилетних колебаний ЭНЮК рассматриваемые данные не выявили какого-либо существенного максимума изменчивости ТПО с периодами более 10 лет ни в Тихом океане, ни для всего Мирового океана, но в Индийском океане были обнаружены 20-летние колебания ТПО, которые оказались особенно регулярными в течение первой половины XX века (подобные колебания фиксировались и ранее).
Анализ 7-8-летних колебаний выявил противоположность их фаз в субтропическом и субполярном круговоротах Северной Атлантики. Что касается межгодовой изменчивости (2-6 лет), то были зарегистрированы три доминирующих периода: 24-30, 40 и 60-65 месяцев. Первая из упомянутых периодичностей представляет собой хорошо известный квазидвухлетний компонент ЭНЮК, который наиболее сильно проявляется в тропиках восточного сектора Тихого океана, с аномалиями неизменного знака,распространяющимися вдоль западного побережья Северной и Южной Америки (в других океанах изменчивость такого рода пренебрежимо мала).