Колебания климата в дочетвертичный период
На Земле не раз случались глобальные оледенения (в начале кембрия, начале девона, конце карбона); последнее (пятое) оледенение началось в плейстоцене (600 тыс. л.н.) и закончился 12 – 10 тыс.л.н. В период ледникового максимума льды покрывали территорию Евразии до 55о с.ш. Причины оледенений до сих пор неизвестны; многочисленные объяснения страдают недостатками и противоречиями. Среди причин наступления ледниковых периодов называют:
· Горообразование (вряд ли послужило причиной появления громадных толщ льда).
· Периодическое прохождение Солнечной системы через более теплые и холодные области пространства Галактики.
· Перемещение магнитных полюсов планеты.
· Существование в Галактике огромных облаков космической пыли, поглощающих часть солнечных лучей.
· Периодическое наполнение атмосферы вулканической пылью, увеличение рассеяния света и понижению температуры.
· Изменение количества СО2 в атмосфере, зависящее от вулканической деятельности; понижение ее содержания ведет к похолоданию, а увеличение всего на несколько процентов - к резкому повышению температуры. Эпохи, когда вулканы "дымили" наиболее интенсивно, становились наиболее теплыми, а замирание вулканизма вело к охлаждению планеты. Экстраполяция этой гипотезы на современный период привела к концепции «антропогенно индуцированных парниковых газов»
Вглубь времен количество эмпирических данных о климате прошлого уменьшается, а трудности их интерпретации возрастают. Колебания средней температуры поверхности Земли и водоемов за долгие интервалы времени не превосходили нескольких градусов за десятки млн. лет (на Земле непрерывно существовали живые организмы, чья активная жизнедеятельность ограничена узким интервалом температуры 0О–50ОС). Погрешности же определения температуры прошлого (радиоизотопными и иными методами) превышают несколько градусов.
Кроме того, изучение климатов прошлого затруднено неясностью положения различных областей по отношению к полюсам (в результате континентального дрейфа и возможного перемещения полюсов).
В мезозое и третичном периоде температура приземного воздуха была значительно выше современной (особенно в высоких широтах), гораздо меньше современной была разность температур воздуха между экватором и полюсами.. Более высокая концентрация СО2 в атмосфере обеспечивала повышение средней температуры воздуха ~ 5ОС по сравнению с современностью. Низкий уровень континентов повышал интенсивность меридионального теплообмена в океанах, что увеличивало т
Колебания климата в четвертичный период
Характерная черта четвертичного периода - большая изменчивость климатических условий, в особенности в умеренных и высоких широтах, а также развитие крупных оледенений. Хотя природные условия этого времени изучены достаточно подробно, ряд важных закономерностей (в т.ч. датировку ледниковых периодов) еще предстоит уточнить.
В конце третичного периода (плиоцене) первые небольшие ледяные покровы в полярных зонах Земли; постепенно распространившиеся в более низкие широты. Общее число оледенений было значительным: каждая из главных ледниковых эпох состояла из теплых и холодных интервалов времени, рассматриваемых как самостоятельные ледниковые эпохи и межледниковья.
Масштабы оледенений различных ледниковых эпох значительно отличались, причем, по мнение ряда исследователей, они возрастали: оледенение в конце плейстоцена было самым крупным. В последнее оледенение (закончилось 10-12 тыс.л.н.) резко возросла засушливость климата (возможно, сократился влагооборот и уменьшилось количество осадков на суше вследствие разного уменьшения испарения с поверхности океанов, вызванного миграцией морских льдов в низкие широты; не исключено изъятие океанической воды на образование ледяного покрова материков. В эпоху последнего оледенения колоссально расширилась зона вечной мерзлоты. Окончание оледенения (10 - 15 тыс. лет назад) обычно считают началом голоцена - эпохи, в течение которой на природные условия начала оказывать влияние деятельность человека.
Однако, современные ученые склоняются к мнению, что роль человека и "парниковых газов" в изменениях климата, скорее всего, не больше, чем наша возможность влиять на движение планет и Солнца (Хромов, Еськов, 2004; Мельников, Смульский, 2002).
Концепция климатического мониторинга
Для прогноза возможных последствий климатических изменений необходимо располагать точной и надежной информацией. Для этого во всех развитых странах создаются системы климатического мониторинга - непрерывного слежения за климатом. Задача таких систем - собрать и обобщить климатические данные, оценить серьезность текущих изменений и (что очень важно) своевременно довести полученную информацию до руководящих органов и общественности. В России систему мониторинга климата развивает Институт глобального климата и экологии (ИГКЭ) Росгидромета и РАН (руководитель - Акад. Ю.А. Израэль). .
Определение мониторинга как «сбора и анализа данных о состоянии и долговременном взаимодействии элементов климатической системы "атмосфера - океан - поверхность суши - криосфера - биота» (Израэль, 1979) выделило климатический мониторинг в самостоятельный раздел климатологии, предполагающий 1) исследование климатических изменений в совокупности с другими изменениями компонентов природной среды; 2) выявление пределов, в которых возможно устойчивое развитие климатической системы.
Российская сеть метеостанций и их отчетность
Мониторинг основан на метеорологических данных. Научные учреждения Росгидромета на основе оперативных наблюдений готовят бюллетени, отражающие изменение климата за определенный период: ежемесячные "Данные мониторинга климата" с 1984 г., ежегодные "Изменения климата России" с 1997 г., электронная интернет-версия http://climate.mecom.ru с 1999 г.
При оценке изменений климата чрезвычайно важны инструментальные наблюдения прошлых десятилетий и столетий по основным климатическим переменным (температуре воздуха и атмосферным осадкам). Первые метеостанции появились в России в 1750-х гг.; планомерное развитие их сети началось после принятия "Декрета об организации метеорологической службы в РСФСР" (июль 1921 г.); в азиатской части страны регулярные метеонаблюдения начались позднее.
К 1936 г. количество действующих длиннорядных станций (содержащих сведения с 1886 г. и ранее) составило 338; в 1951-1989 гг. на территории бывшего СССР работали 455 станций. Сегодня в России сохранились лишь 156 станций с непрерывными наблюдениями в течение всего ХХ в.
Информационная база климатического мониторинга пополняется текущими данными на основе ежемесячных телеграмм "КЛИМАТ", поступающих в Государственный вычислительный центр (ГВЦ) Росгидромета (БД системы "ЛАССО") и во Всероссийский НИИ гидрометеорологической информации - Международный центр данных (ВНИИГМИ-МЦД). Во избежание случайных ошибок, сведения из обоих источников сравниваются между собой, с данными срочных наблюдений (посылаемыми каждые 3 часа телеграммами "СИНОП") и с информацией метеослужб других стран.
Регистрируемые климатические переменные
Современные расчетные климатические модели, помимо традиционного набора климатических переменных (температура, осадки, влажность, облачность), учитывают множество дополнительных параметров (в т.ч. содержание в атмосфере СО2 и других «парниковых газов»).
Прежние климатические модели были основаны на предпосылке постоянства климата, исходя из которой выбирались переменные и интервал времени для их оценки. Сейчас такой подход во многом устарел.
Не всегда отвечает современным требованиям и стандартный 30-летний интервал для вычисления климатических норм. Меняющийся климат требует применения новых математических методов. В частности, для изучения климатических временных рядов больше подходят алгоритмы анализа нестационарных случайных процессов. Текущее изменение климата характеризуется скользящими средними величинами климатических переменных (напр., за 10-летний период) и значениями трендов (изменений метеорологических величин в рядах наблюдений за рассматриваемый период). Место прежних долговременных норм занимают "динамические климатические нормы".
Глобальные климатические тренды ХХ в.
В 1901 - 2000 г. среднегодовая глобальная температура приземного воздуха возросла на 0,6±0,2°С (потепление затронуло только тропосферу, в пределах нескольких км от поверхности Земли, а в верхних слоях атмосферы температура снижается). Этот процесс протекал неравномерно во времени. Специалисты выделяют 3 периода аномальных изменений температуры:
· потепление 1910-1945 гг.
· небольшое относительное похолодание 1946-1975 гг.
· наиболее интенсивное потепление, начавшееся в 1976 г.
Самым теплым десятилетием были 1990-2000 гг., самым теплым годом считался 1998 г. (теперь 2003).
Изменения климата России во II пол. ХХ в.
Общая тенденция та же, что и на планете в целом: повышение средней годовой температуры воздуха. Наиболее интенсивный положительный тренд отмечен в Прибайкалье / Забайкалье (+3,5оС за 100 лет); он уже отразился на уникальной экосистеме Байкала (увеличение общей массы планктона, появление теплолюбивых водорослей). Потеплело также в Приамурье / Приморье и в Средней Сибири; крупные положительные аномалии температуры (отклонения величины от нормы) сохранялись в этих регионах в течение последних 11-12 лет.
Средняя температура по территории России была максимальной в 1995 г. (отклонение от нормы +1,9оС). Изменение климата – неоднородный процесс. В целом по России потепление более заметно зимой и весной (тренд соответственно +4,7 и +2,9оС за 100 лет), в теплое время года рост температуры слабее. Кроме того, районы потепления чередуются с районами заметного похолодания (Груза, Ранькова, 2003).