Циркуляционные факторы изменения климата

В этом разделе речь пойдет о внутриатмосферных факторах, регулирующих климатический режим и его изменчивость через общую циркуляцию атмосферы. Результатом взаимодействия внутриатмосферных факторов и внешних климатообразующих сил является формирование общей циркуляции атмосферы, которая в разные климатические эпохи менялась.

При анализе уравнения баланса термодинамической энергии мы отмечали, что циркуляционный механизм (E_цирк) характеризует перераспределение энергии на сфере как в горизонтальной плоскости, так и по вертикали. Этот механизм может вызвать весьма существенные климатические аномалии определенного вида в одних районах и совершенно иные – в других. При этом суммарная для сферы термодинамическая энергия может и не меняться.

Обратимся теперь к некоторым фактическим данным, иллюстрирующим роль циркуляционных факторов в изменении климата. Как уже упоминалось, зима 1657/58 г. была одной из самых холодных в районе Швеция–Дания. Средняя температура составляла около –1°С, хотя в обычные годы она была на 4° выше. Холодные зимы в этом регионе наблюдались в 1739/40, 1762/63, 1783/84, 1788/89, 1794/95, 1798/99, 1822/23, 1829/30, 1837/38, 1890/91, 1928/29 и 1941/42 гг. Часть зим приходится на малый ледниковый период, две последние же – на период потепления климата. Аномально холодная зима 1941/42 г. отмечалась в период максимума потепления климата в северном полушарии. И таких примеров, когда в отдельных регионах при общем потеплении имели место экстремально холодные условия, а при похолодании – теплые, можно привести немало. Анализ восстановленных температур по данным о кольцах деревьев в Калифорнии указывает на общее потепление климата в конце малого ледникового периода, между серединой XVII и началом XX в.

Довольно детально циркуляционные факторы климата прошлого были исследованы Лэмбом. Он подчеркивает, что для Англии за последние 290 лет квазипериодические процессы с частотой 20–25 и 45–55 лет играют существенную роль в изменении климата. Он показал, что циркуляционные условия аномальных климатических периодов, как правило, различались.

Анализ барико‑циркуляционного режима в Европе показывает, что самые мягкие зимы соответствуют периоду западных и юго‑западных ветров (1920–1929 гг.), теплые летние сезоны характеризуются хорошо выраженными антициклоническими типами циркуляции над Западной и Центральной Европой (1940–1949, 1976 гг.).

Десятилетия с более холодными зимами соответствуют периодам с относительно слабой циркуляцией атмосферы. Холодные летние периоды (1690–1699 и 1840–1849 гг.) также указывают на роль циркуляционных факторов в формировании подобного климатического режима. В эти периоды были смещены к югу области высокого давления и отмечалось господство ветров с северной составляющей. В конце XVIII – начале XX в. среднее положение центра Исландского минимума сместилось в северном направлении на 1,5–3° широты, обеспечив тем самым преобладание таких циркуляционных условий, которые способствуют потеплению климата в Арктике;

В периоды интенсивной атмосферной циркуляции, захватывающей Арктику, уменьшается площадь паковых льдов, льды взламываются и выносятся в соседние районы. При спокойной погоде, особенно в центре Арктики, происходит рост и накопление льда.

Частые восточные и северо‑восточные ветры при наличии антициклонического режима циркуляции в Арктике приводят к формированию холодных климатических условий в Европе. Суровые зимы с господствующими восточными ветрами отмечались в 1560–1569, 1690–1699, 1820–1829, 1890–1899 гг.

В период 1930–1939 и 1940–1949 гг. над северной частью Европы преобладали антициклоны. В результате благодаря господствующим южным ветрам в западной Арктике образовались обширные пространства воды, свободной ото льда.

Имеются данные, что примерно с середины XIX в. до 1900‑х годов средняя интенсивность западных ветров в южном полушарии, а также интенсивность западной циркуляции в северном полушарии возрастали. В этот период отмечались существенные колебания осадков, причем эти колебания носили ярко выраженный региональный характер.

В последние десятилетия на фоне некоторого похолодания климата резко возросли необычные условия погоды, оказывающие более ощутимое влияние на деятельность человека. В качестве примеров аномальных климатических условий можно упомянуть зиму 1962/63 г., которая была самой холодной в Англии (после 1740 г.), и зиму 1963/64 г., самую сухую в Англии (после 1743 г.), принесшую морозы и на берег Персидского залива. Суровейшая зима 1965/66 г. привела к замерзанию Балтийского моря, впервые льды Северного Ледовитого океана достигли Мурманска. Очень холодная зима 1978/79 г. стояла над европейской территорией СССР. В то же время зимы 1973–1975 гг. были очень теплыми. Балтийское море вообще не замерзало, а в Копенгагене до конца января цвели розы.

Увеличение дождей в экваториальной зоне сопровождается повышением уровня озер. В зонах вблизи 10–20° с. ш. и 12–20° ю. ш. наблюдается уменьшение осадков, приносимых муссонной циркуляцией, что сопровождается жесточайшими засухами.

Одной из характерных черт изменения общей циркуляции атмосферы, начиная с периода наиболее интенсивной зональной циркуляции в первой половине XX в., является степень сходства областей аномально высокого и низкого давления во все времена года (теплые и холодные). Это указывает на развитие новых циркуляционных условий, отличных от тех, которые были в прошлом. Сейчас трудно сказать, вызвана ли эта особенность причинами естественного характера или антропогенного. Скорее всего это объясняется комплексом указанных факторов.

Ниже мы постараемся показать, что если для изменения общего теплового режима планеты антропогенных источников, включая CO₂, еще недостаточно, то для региональных воздействий на погоду и климат антропогенные факторы уже сейчас, а тем более в будущем, могут стать определяющими. Однако эта задача перекликается с проблемой общей циркуляции атмосферы и анализом факторов, ее определяющих. Без построения строгой физико‑математической теории и создания необходимой системы наблюдений решить эту проблему вряд ли будет легко. Тем не менее именно в общей циркуляции ключ к пониманию динамики климата. Без знания последней невозможен ее прогноз, крайне необходимый для планирования и управления различными сторонами человеческой деятельности.