Климат последнего тысячелетия

Главными источниками информации о климате этого периода являются исторические записи и косвенные наблюдения за такими показателями климата, как кольца деревьев, уровень озер, состояние горных ледников и др. За последние полтора‑два столетия имеются ряды инструментальных наблюдений.

Наиболее характерными периодами для последнего тысячелетия являются следующие климатические условия:

сравнительно теплый период примерно в VIII–XIV вв., получивший название малого климатического оптимума;

похолодание между XIV и XIX вв. – малый ледниковый период;

потепление, начавшееся во второй половине XIX в., с максимумом в 30–40‑х годах XX в.;

похолодание после 30–40‑х годов, которое еще продолжается с некоторыми колебаниями.

Следует отметить, что наука располагает различного рода письменными источниками, характеризующими аномалии климата в Египте, Китае и Южной Европе соответственно с 3000, 2500 и 500 гг. до н. э. Для Северной Европы они имеются за всю историю современного летосчисления, для Японии, Исландии, Северной Америки, Южной Америки, Австралии – начиная соответственно с 500, 1000, 1500, 1550, 1800 гг. н.э. В русских исторических источниках информация о климате содержится примерно с X–XI столетий.

Поскольку специальных инструментальных наблюдений за климатом VIII–XVII вв. практически не было, встречающиеся в литературе количественные характеристики температуры и осадков восстановлены по различным косвенным климатическим индексам, которые корродировались с данными инструментальных наблюдений последних столетий.

Как уже отмечалось, в VIII–XIV вв. (700–1350 гг.) наблюдалось потепление климата. В это время ледовые условия в Северной Атлантике были благоприятными для плавания. Древние викинги на своих легких суденышках плавали к Гренландии и основали там европейские поселения, в которых развивалось земледелие, скотоводство, рыболовство. Установились контакты между Европой и Северной Америкой. По данным английского климатолога Г. Лэмба, это потепление прекратилось в Европе около 1300–1310 гг. В Гренландии и Арктике оно началось раньше, чем в Европе, и соответственно закончилось раньше. При потеплении усилилось экваториальное западное течение, меньше штормило в тропиках. Все это благоприятствовало плаваниям полинезийцев в экваториальной зоне и обмену культуры народов.

Рис. 7. Характеристика температурного режима (I ) и характер осадков в Центральной Англии за последнюю 1 тыс. лет (по Г. Лэмбу) (II ).

1 – наблюденные величины температур (осадков); 2 – температуры (осадки), восстановленные по ботаническим данным; 3 – температуры (осадки), восстановленные по отрывочным данным; 4 – косвенные наблюдения; а – средние для года; б – летний сезон (июль‑август); в – зимний сезон (декабрь–февраль)

В Европе максимум потепления пришелся, по‑видимому, на 1200–1250 гг., а в отдельных районах на 1265–1312 гг. В целом отрезок времени между 1272 и 1291 гг. был необычайно засушливым, а между 1313 и 1322 гг. – необычайно влажным. Заметно увеличилась внутрисезонная изменчивость климата в 1270–1350 гг.

По данным изотопного анализа колец деревьев установлено, что в рассматриваемый теплый период (как, впрочем, до и после него) наблюдались такие климатические экстремумы, как засухи, наводнения, тайфуны и др. Так, в Колорадо (США) засушливыми были 1050, 1250, 1300 гг. В 1314–1316 гг. климат в Европе характеризовался большой увлажненностью и наводнениями, затем вновь – засушливостью (1413, 1423 гг.). Однако в целом экстремальные условия встречались реже, чем в холодные эпохи. При переходе к малому ледниковому периоду и во время его, особенно в 1500–1850 гг., резко повысилась циклоническая деятельность и участились штормы, наводнения, засухи.

Как видим, на фоне климатических трендов во все эпохи наблюдалась различная для различных районов изменчивость климата. Но в период потепления эта изменчивость уменьшалась, а климатические условия в целом были более благоприятными.

Согласно японским данным (средние даты цветения вишни, по которым имеется обширная информация), теплый благоприятный период в Японии был в IX – начале X в., а последующий период продолжительностью почти 400 лет – холодный, со средним запаздыванием дат цветения вишни на пять‑шесть дней.

Рис. 7 иллюстрирует восстановленные данные о температуре и осадках за последнее тысячелетие. Отчетливо виден малый климатический оптимум, когда температура была примерно на 1,5° выше, чем позже, и несколько выше, чем при потеплении 30–40‑х годов. Увеличилось и количество осадков. После малого климатического оптимума понизилась температура, уменьшились осадки, увеличилась неустойчивость климата.

Повышение температуры в это время, так же как и в период климатического оптимума, 8 тыс. лет назад (см. рис. 5), не обязательно сопровождается сухостью климата, хотя в ряде районов при более влажном климате при потеплении летних осадков было меньше.

Переход к малому ледниковому периоду наметился между 1300 и 1450 гг. Резко понизилась средняя температура, примерно на 1,3–1,4° С. Линии деревьев в горах в Центральной Европе опустились почти на 200 м, что при среднем вертикальном градиенте температуры 0,6–0,7°/100 м соответствует наблюдаемому понижению температуры. Длина вегетационного периода роста растений сократилась почти па три недели.

Полярные льды сковали побережье Гренландии и Исландии. В результате европейские поселения в Гренландии оказались отрезанными от Европы. В экстремальный период 1675–1704 гг. (наиболее экстремальным считается 1695 г.) холодные полярные воды преобладали вблизи Исландии и Фарерских островов. Океаническая поверхность, как указывает Г. Лэмб, была на 0,5° С холоднее, чем теперь. Сильно возросла неустойчивость атмосферных процессов, активизировалась циклоническая деятельность, участились наводнения и т. д. В целом зимние температуры за 1443–1700 гг, были заметно ниже, чем в последующие 250 лет. Надо отметить, что и на фоне этого похолодания наблюдались отдельные теплые периоды, например теплые зимы 1665–1666 и 1718–1719 гг. в Англии и других странах.

Горные ледники в Альпах вновь развились и заняли пространства, с которых они отступали в период малого климатического оптимума. Наступление ледников в целом было характерно для северного полушария в малый ледниковый период. Это отразилось на сельскохозяйственном производстве. Так, в некоторых провинциях Китая после сильных морозов в 1654–1676 гг. почти полностью вымерзли апельсиновые деревья. В 1782–1787, 1833–1839, 1866–1869 гг. в Японии отмечались очень низкие урожаи, которые характерны для холодных, влажных летних условий погоды.

Наиболее ярко малый ледниковый период проявился в 1550–1700 гг., но наиболее изменчив климат в Европе был в конце XIV – начале XV и в XVI–XVII вв.

Оледенение в горах Европы достигло максимума к 1600 г. Вторичный максимум наблюдался около 1820 г. после очень интенсивного похолодания климата в 1812–1817 гг. Этот период характеризовался влажным, холодным летом и холодной зимой. Из 1525–1600 гг. следует выделить более теплый интервал (1525–1569 гг.), в течение которого в Швейцарии наблюдалось 48 теплых и лишь 21 холодный летний месяц (июнь–август), и холодный между 1570 и 1600 гг. с 26 теплыми и 44 холодными летними месяцами.

На некоторых климатических флюктуациях следует остановиться особо. Так, после флюктуации климата 1569–1579 гг. наступила серия экстремально влажных и холодных летних сезонов во второй половине 80‑х годов XVI в. Именно в этот период, 13–21 августа 1588 г., разразился шторм, приведший к гибели испанской армады. В июне –августе 1588 г. было отмечено 75 (81%) дождливых дней.

В Швейцарии после 1560 г. были очень тяжелые климатические условия: холодные зимы и весны, холодные и влажные летние сезоны. Неурожаи зерна были в 1614, 1717, 1731, 1785 гг., винограда – в 1588, 1628, 1692, 1698, 1816 гг. Подобные климатические экстремумы отражались на экономике, общественной и социальной жизни. Во Франции в 1680–1718 гг. отмечался период холодных лет с катастрофическим выпадением осадков. В 1782–1785 гг. в Европе наступили жестокие засухи. Очень холодными с избыточным увлажнением были 1812–1821 гг., особенно 1816 и 1817. Холодная зима зафиксирована в 1657/58 г. Средняя температура ее в районе между Данией и Швецией была примерно на 4° С ниже, чем за период 1931–1960 гг. Такие условия привели к замерзанию проливов к востоку от Ютландского полуострова.

Малый ледниковый период характеризовался крупными климатическими аномалиями и на Американском континенте. Наиболее полная информация имеется о засухах в Гватемале с 1563 по 1932 г. За этот период они наблюдались довольно часто, самые сильные в 1746, 1803, 1824‑1825, 1842‑1844, 1868‑1889, 1891 и 1912 гг.

Следует отдельно остановиться на характеристике климата России и его влиянии на экономику за доинструментальный период наблюдений. Совместно с В. М. Пасецким автор проанализировал экстремальные климатические явления за XI–XIX вв.

В целом во вторую половину периода европейского потепления (1000–1200 гг.) колебания климата на территории Руси носили в основном региональный характер и не отличались интенсивностью. В XI и XII вв. отмечалось только по две особо опасные засухи (1022, 1024, 1124 и 1161 гг.). Имеются свидетельства, что в период потепления в X в. новгородцы вышли на берег Русской Арктики, а в 1132 г. ходили к Железным воротам, под которыми подразумеваются Карские ворота. Это указывает на сравнительно благоприятные ледовые условия в XII в.

Особенно суровыми были морозы в 1230 г. Затем с 1232 по 1250 г. климат стал несколько стабильнее. Вторая половина XIII в. характеризуется частыми бурями, сильными дождями, наводнениями, возвратами холодов и жестоких зим.

В XIV в. экстремальные явления на Руси отмечались уже 40 раз, из них почти половина приходится на 1301–1331 гг. За это время в летописях отмечено четыре дождливых периода и паводка в середине лета, два возврата холодов, четыре засухи, одна суровая зима. На это столетие приходится 20 голодных лет, из них два голода имели не только общерусский, но и общеевропейский характер.

В XV в. летописцы отмечают уже более 50 экстремальных климатических явлений, обусловивших 10 голодных лет, в том числе пять на Руси. Большинство из них было вызвано продолжительными холодными дождями, которые 18 раз за столетие приносили ущерб озимым и яровым. На это столетие приходится 15 засух, из них шесть охватили всю Русскую землю, а в 1424 г. и Западную Европу.

Аналогичная картина и в XVI в.: 26 раз наблюдались сильные дожди летом и осенью и 16 раз – засухи, четыре (1508, 1525, 1533, 1534 гг.) нанесли ущерб экономике России. В конце XVI – начале XVII в. также зафиксировано большое количество экстремальных явлений, и XVII в. – 24 дождевых года и восемь засух. На этот век приходится рекордное число голодных лет – 26. Анализ русского мореплавания дает основание предположить, что волна похолодания в Арктике распространялась с запада на восток. Со второй половины XVII в. увеличивается ледовитость арктических морей, климат становится более суровым. Так, в 1696 г. недалеко от Архангельска в лед вмерзло 35 кораблей.

Таблица 2. Аномальные климатические условия в России по данным русских исторических источников

Климатические условия XVIII в. отличались большими колебаниями, отмечено 18 жестоких зим, из них особенно суровы зимы 1709 и 1740 гг. Были и дождливые периоды с наводнениями, от которых пострадали Москва (1702, 1709, 1716, 1718, 1765 гг.) и ряд городов России. Дождливые годы сменялись засухами (19 за столетие).

В первой четверти XIX в. из четырех засух лишь одна распространилась на обширную территорию, а остальные носили региональный характер. В середине века увеличивается число мягких зим, дождливых лет с наводнениями становится меньше, вновь улучшаются ледовые условия в Арктике. К этому времени климат вступает в новую фазу очередного потепления.

В табл. 2 приведена сводка зарегистрированных экстремальных явлений в России по данным, исторических записей. Таблица наглядно иллюстрирует крайне, неблагоприятные климатические условия в период похолодания климата, а также определенную закономерность, согласно которой количество голодных лет увеличивалось по мере увеличения суммарного количества экстремальных климатических явлений.

Довольно подробные исторические хроники Исландии рассказывают, что с 975 по 1500 г. было 12 голодных лет, причем пять из них приходится на относительно холодный период между 1250 и 1390 гг. В 1600–1804 гг. отмечено уже 34 голодных года.

Нетрудно видеть, что приведенные данные о климатических условиях в России за рассматриваемый период в общем неплохо согласуются с климатическими условиями в других частях мира. Однако региональный характер появления климатических экстремумов очевиден.

Таковы в общих чертах климатические условия малого климатического оптимума и малого ледникового периода.

Имеющиеся данные указывают на то, что период похолодания климата повсеместно сопровождался увеличением влажности и осадков, сильных ветров, холодных зим. Теплые сезоны характеризовались частыми засухами. Все это неблагоприятно отражалось на хозяйственной деятельности, здоровье и благосостоянии людей практически во всех населенных районах северного полушария. Климатические аномалии влияли и на некоторые социальные явления. В то же время два климатических оптимума с более теплым, влажным и менее изменчивым климатом более благоприятно сказывались на развитии экономики и общества, хотя и в эти периоды также нередко отмечались климатические аномалии, чаще всего засухи. Однако их повторяемость, продолжительность, интенсивность и последствия были существенно меньше.

В третьем периоде последнего тысячелетия (со второй половины XIX в.) климат постепенно теплел, и особенно заметно в высоких широтах северного полушария. Характеристики изменений температуры в различных широтных зонах северного полушария приведены на рис. 8. Отчетливо проявляется температурный тренд с максимумом потепления в высоких широтах в 30–40‑е годы. На фоне общего потепления климата были периоды похолодания, равно как и в последующем периоде похолодания наблюдались кратковременные периоды потепления (50–60‑е годы XX в.). Наиболее характерные кратковременные похолодания климата на фоне его общего потепления произошли в первое, второе и третье десятилетия XX столетия. Это по‑видимому, было связано с выбросами в атмосферу аэрозоля вулканического происхождения, на чем мы остановимся специально. Кроме того, здесь обнаруживается некоторая связь с циклами солнечной активности. Общая тенденция потепления привела к резкому уменьшению арктических льдов и облегчению условий плавания в Арктических морях. Так, в восточном секторе Арктики площадь льдов в период с 1924 по 1945 г. сократилась почти на 1 млн. км². Примерно в 1866 г. началось отступление горных ледников в Альпах. Ледник Мер‑де‑Пляс отступил на 1300–1400 м, а ледник Аржантьер на 1000 м. Аналогичная картина наблюдалась в Скандинавии, Исландии, на Шпицбергене, в Гренландии, на севере Канады, в Кордильерах Северной Америки. Площадь ледников Кавказа с 1890 по 1946 г. уменьшилась на 8,5%. Уменьшились в размерах ледники на Алтае, Памире и в Турции. С начала XX в. бурно таяли ледники в Экваториальной Африке. Некоторые мелкие арктические острова, покрытые льдом, растаяли (Васильевский в 1936 г., Семеновский в 1956 г.), остались лишь подводные банки. Граница вечной мерзлоты повсеместно отступила на север, а температура мерзлых пород повысилась в 40‑х годах XX в. примерно на 2° С.

Рис. 8. Изменение температуры воздуха в различных широтных зонах Земли.

а – по Г. Лэмбу: 1 – для всей Земли; 2 – для 0–80° с. ш.; 3 – для 0–60° ю. ш.; б – по Е. П. Борисенкову и В. Н. Приемову: 1 – среднегодовые значения у поверхности для 40–75° с. ш.; 2 – средние за пять лет

Если в малый ледниковый период льды сковывали Исландское побережье около 20 недель, то в 1920–1939 гг. – две‑три недели. При потеплении раньше вскрывались реки и озера и позднее замерзали. В северных морях появилась более теплолюбивая рыба. Сельдь, треска, скумбрия, морской окунь и другие породы рыб, которые, например, в Баренцевом море встречались в прошлом веке в небольших количествах, стали предметом интенсивной рыбной ловли в северных морях, Атлантике, в Арктическом бассейне, в северной части Тихого океана. В течение полутора‑двух десятилетий резко изменилась морская фауна. Раньше стали прилетать и улетать птицы. Перестройка атмосферной циркуляции вызвала региональные климатические изменения, т. е. на фоне общего потепления в некоторых районах наблюдалось непродолжительное похолодание климата. В ряде мест в период потепления уменьшились осадки и повысилась засушливость климата. Такие условия были характерны для территории Советского Союза и Северной Америки. Потепление 30–40‑х годов охватило не только северное, но и южное полушарие.

Таким образом, изменения климата в XX в. довольно четко прослеживались почти на всем земном шаре. В середине 40‑х годов по причинам, которые до сих пор достоверно не выяснены, началось очередное похолодание климата. С некоторыми флюктуациями оно продолжается и поныне.

Современный климат

Как уже отмечалось, под этим понятием подразумевается климат после потепления 30–40‑х годов. Для этого периода характерно общее понижение температуры, увеличение на континенте количества льда и снега, повторяемости необычных условий погоды, т. е. таких, которые по данным ВМО встречаются раз в 25–30 и более лет. Были и отдельные потепления климата, например в конце 50‑х годов; затем оно сменилось значительным похолоданием, достигшим максимума в середине 60‑х годов. Вслед за этим было зарегистрировано повышение температуры, продолжавшееся до конца 60‑х – начала 70‑х годов. Этот факт послужил основанием для отдельных ученых утверждать, что это потепление глобальное и знаменует переломный момент в тенденции климата к глобальному потеплению за счет антропогенных факторов и, в частности, за счет роста CO₂. Однако подобные утверждения оказались преждевременными, по крайней мере, в силу двух причин.

Во‑первых, в середине 70‑х годов вновь проявилась тенденция к похолоданию климата, а годы 1976, 1978, 1979 были исключительно холодными и аномальными по количеству необычных условий погоды (засухи, холодные зимы, наводнения). В связи с этим потепление конца 60‑х – 70‑х годов следует считать такой же флюктуацией климата, как и раньше.

Во‑вторых, похолодание климата после 40‑х годов не было повсеместным, а носило четко выраженный региональный характер, что наблюдалось во все периоды истории Земли. Что касается роста CO₂, то он пока еще не обеспечивает того тепличного эффекта, которым можно объяснить потепление. К тому же этот фактор не единственный.

В 1973 г. Японская метеорологическая служба создала специальную исследовательскую группу для оценки повторяемости необычных условий погоды и тенденций изменения климата. Большое число специалистов считают, что изменение не средних климатических условий, а климатических аномалий, климатических экстремумов или необычных условий погоды главным образом влияет на состояние человеческого общества.

Повторяемость необычных значений температур и осадков за 1961–1972 гг.

В табл 3 приведены данные японских исследователей о повторяемости необычных (высоких и низких) значений температур и осадков за 1961‑1972 гг.

Из таблицы видно, что за указанный период преобладало число случаев с необычно низкими среднемесячными значениями температуры (460 месяцев против 206) и осадков (472 против 295).

За 1960–1969 гг. по сравнению с периодом потепления 1920–1940 гг. повторяемость необычно низких температур возросла почти в 2 раза, а высоких на столько же упала. Экспериментально подтверждено уменьшение с 1951 по 1972 г. температуры поверхности в Северной Атлантике с 12 03 до 11,043° С, увеличение площади занятой льдом и снегом. По данным наблюдений эта площадь с 1950 по 1973 г. увеличилась с 33 до 39 млн. км². После 40‑х годов вновь начали наступать горные ледники. Исследования в США 73 небольших ледников, быстро реагирующих на изменения климата, показали, что за 1953–1955 гг. 50 ледников находилось в стадии наступления, 14 накапливало свою мощность без заметного движения и только 7 пребывало в стационарном состоянии. На канадских горных полярных станциях средняя нулевая изотерма для июля в 1964–1972 гг. была на 276 м ниже, чем в 1955–1963 гг.

При потеплении климата с 1880 до 1930 г. над Британскими островами число дней в году с западными ветрами увеличилось с 85 до 110, а затем при похолодании до начала 70‑х годов уменьшилось, достигнув 80, а к середине 70‑х годов – 68.

Надо сказать, что потепления климата в Европе, связанные с увеличением интенсивности западно‑восточного переноса, зафиксированы довольно четко. В циркуляционных процессах современного периода чаще повторяется блокирование западно‑восточного переноса с резкими колебаниями условий погоды.

В табл. 4 приведены данные об изменении отдельных характеристик климатической системы за 50–70‑е годы. В среднем отмечалось понижение температуры средней тропосферы северного полушария, особенно в умеренной зоне и высоких широтах. Менее ярко, но достаточно четко прослеживается тенденция понижения температуры воздуха у поверхности, которая испытывает существенные колебания. В конце 60‑х – начале 70‑х годов температура несколько повысилась. Охлаждался поверхностный слой как в Атлантике, так и в Тихом океане. Количество снега и льда за последние годы возросло. В южном полушарии, по‑видимому, наблюдалась иная картина. Так, температура средней атмосферы слабо повышалась. Незначительно менялась температура воздуха и у поверхности. Количество пакового льда в Антарктиде сначала несколько увеличилось, а затем стало уменьшаться. Индекс завихренности атмосферных процессов характеризует возросшую неустойчивость циркуляции за рассматриваемый период. Некоторое представление об изменениях температуры в различных зонах и слоях северного и южного полушарий дает рис. 9.

Анализируя приведенные данные можно сделать два вывода.

1. В северном полушарии продолжает увеличиваться снежный и ледовый покров и понижаться температура со средней скоростью примерно 0,2° С за 10 лет, что подтверждают практически все характеристики климатической системы. Серьезных оснований, за исключением некоторых флюктуаций температуры в конце 60‑х – начале 70‑х годов в сторону повышения, для вывода о начавшемся глобальном потепления климата последнего периода нет.

Таблица 4. Средние характеристики климатической системы по пятилетиям за 1955–1975 гг.

Примечание: ТСА – температура средней атмосферы; ТВП – температура воздуха у поверхности; ТМП – температура морской поверхности.

2. В южном полушарии климат несколько теплеет и уменьшается количество льда.

Современный климат неустойчив: засухи в одних районах и наводнения в других. Такая неустойчивость была характерна для перехода в малому ледниковому периоду в прошлом.

Итак, в целом о современном климате можно сказать следующее.

1. В настоящее время наблюдается тенденция похолодания климата в северном полушарии, которая характеризуется средним понижением температуры воздуха и воды на 0,1–0,2° С за 10 лет и увеличением количества льда и снега. Судя по всему, это похолодание является не признаком перехода к новой ледниковой эпохе, а климатической флюктуацией, аналогичной прошлым. В южном полушарии отмечается потепление климата.

2. Повторяемость необычных условий погоды и климатических аномалий возрастает. Подобное происходило и ранее, в частности при переходе от малого климатического оптимума к малому ледниковому периоду и во время последнего. Поэтому вряд ли можно говорить об исключительной аномальности наблюдаемых условий. Однако теперь в отличие от прошлых столетий они охватывают густонаселенные районы с высокоразвитым хозяйством, в связи с чем последствия таких климатических аномалий могут оказаться более ощутимыми, чем в прошлом.

3. Повышенная изменчивость климата и особенно температур наиболее интенсивна, как и ранее, в высоких и умеренных широтах и в меньшей мере – в низких.

4. Повышенная изменчивость осадков проявляется во всех широтных зонах, но наиболее ощутима в так называемых аридных и прилегающих к ним зонах, ибо сельское хозяйство в этих районах очень страдает от засух или даже недобора осадков.

5. Экономика и сам человек во все времена и особенно в последнее зависят как от климатических трендов средних температур, средних осадков, так и в еще большей степени от климатических аномалий и изменчивости климата. Изучение этих условий в будущем и их прогнозирование станут главной задачей при оценке и учете влияния климата на экономику и человеческую деятельность.

Рис. 9. Изменения средней температуры свободной атмосферы в различных широтных зонах Земли.

Точками показаны экспериментальные значения температур

В качестве одного из примеров приведем данные о продолжительности вегетационного периода (дни, когда средняя температура выше 5,5° С) в центральной части Англии. В 1870–1895 гг. средняя за десятилетие продолжительность вегетационного периода составила 255–265, а наименьшая 205–225 сут.; в 1930–1949 гг. соответственно 270–275 и 237–243 сут. В 1950–1959 гг. средняя продолжительность вегетационного периода вновь упала до 265, а минимальная – до 226 сут.

В наиболее холодные десятилетия малого ледникового периода в Англии средний вегетационный сезон был короче почти на месяц по сравнению с 1930–1949 гг. Наложение на эпохи укороченного вегетационного периода крупных климатических аномалий значительно может усугубить последствия и без того неблагоприятных климатических условий, вызываемых сокращением вегетационного периода.