Климат нашей эры

Климат второго тысячелетия

Современный климат

     Попытаемся сопоставить информацию об истории климата последнего тысячелетия с данными, характеризующими современный климат, и в первую очередь его экстремальность.
     Современный климат, к которому часто относят климат всего нынешнего столетия, как и в прошлые эпохи, неоднозначен. Мы условились в связи с этим понимать под современным климатом отрезок времени после конца потепления 30—40-х гг., т. е. период 50—80-х гг. Но и в этом случае понятие «современный климат» остается в некоторой степени неадекватным, поскольку период жизни ныне здравствующего поколения приходится как бы на два или даже три периода с несколько различными климатическими условиями (период до 20— 30-х гг., период максимума потепления и период после 40-х гг.).
     При оценке тех или иных экстремальных природных явлений в прошлом важно иметь климатический (природный) аналог из современного периода, так же как это необходимо делать и при обратном сопоставлении. Без таких аналогий трудно интерпретировать косвенные показатели климата, и в частности очень образные, но все же носящие эмоциональный характер восприятия природных аномалий, описание которых содержится в русских летописях и других исторических хрониках. Наличие таких аналогов нужно и для адекватности оценок и сопоставления последствий климатических экстремумов.

     По-видимому, последствия многих климатических экстремумов в глубокой древности объективно были тяжелее, чем теперь. Так, к примеру, в наше время вымирания европейских поселений в Гренландии легко можно было бы не допустить. Но верно и то, что в силу суеверий, большей беззащитности человека в прошлые времена перед грозными силами природы интенсивность и последствия климатических экстремумов могли быть и преувеличены. Закономерно также и то, что в наше время воздействие экстремальных природных явлений на человеческое общество, с одной стороны, стало более очевидным и признаваемым, а с другой — более сложным, имеющим отдаленные и не всегда поддающиеся прямому учету последствия. В абсолютном выражении последствия климатических экстремумов не уменьшились, а возросли. Несмотря на то что человек становится все более независимым от стихийных сил природы, повысилась информированность и качество оповещения населения о необычных явлениях природы. Это иногда приводит к преувеличению как частоты появления климатических экстремумов, так и тяжести их последствий.
     В этих условиях важно правильно оценить особенности климата текущего столетия, сравнив его с климатом прошлого.

     На рис. 18 приведены данные об изменении приземной температуры воздуха в различных широтных зонах северного и южного полушарий за последние примерно 100 лет по данным Лэмба (А), Митчела (Б), Борисенкова и Приемова (В). На рисунке отчетливо выделяется температурный тренд с максимумом повышения температуры в 30—40-е гг. Наибольшие изменения температуры отмечались в высоких широтах. Зимой амплитуды колебаний заметно больше, чем летом. Потепление в начале XX столетия отмечалось как в северном, так и в южном полушарии, однако в южном полушарии оно было менее интенсивным. За рассматриваемый период изменчивость средних температур от года к году достигала 1°С и более, что для среднегодовых значений достаточно много.
     На общем фоне температурного тренда в умеренных и высоких широтах отмечаются отдельные сравнительно короткие периоды понижения температуры длительностью в несколько лет (понижение температуры в начале столетия, в середине 50-х, в 60-х гг., в начале 80-х гг.).
     Период потепления XX столетия сопровождался отчетливо выраженным увеличением повторяемости форм западной циркуляции атмосферы.

     Рис. 18. Изменения приземных температур воздуха в различных широтных зонах северного и южного полушарий за последние примерно 100 лет. А — по данным Лэмба, Б — Митчела, В — Борисенкова и Приемова

     Сопоставляя характер этого потепления с историческими данными, мы видим, что в масштабе времени в одно-два тысячелетия в наблюдаемом тренде ничего необычного нет. Примерно такого типа колебания температуры и осадков имели место в первой половине XVI в. Еще более существенные колебания отмечались и прежде, особенно в период малого климатического оптимума. Так же как и теперь, периодам потепления в исторические времена соответствовало увеличение повторяемости зональной циркуляции.

     Общая тенденция к потеплению климата в текущем столетии привела к резкому уменьшению арктических льдов и облегчению условий мореплавания в арктических морях. Так, в восточном секторе Арктики площадь льдов в период с 1924 по 1945 г. сократилась почти на 1 млн. кв. км. Резко сократилось время, когда дрейфующие льды наблюдались у берегов Исландии (с 25 недель в XVIII 6. до двух-трех недель в 30-х гг. XX в.).
С конца прошлого столетия стало фиксироваться отступание горных ледников в Альпах и других районах земного шара. Так, ледник Мерде-Пляс отступил на 1300—1400 м, а Аржантьер — на 1000м. Аналогичная картина наблюдалась в Гренландии, Исландии, на Шпицбергене, в Скандинавии, на севере Канады, в Кордильерах Северной Америки. Площадь ледников Кавказа с 1890 по 1946 г. уменьшилась на 8,5%. Уменьшились в размере ледники на Алтае, Памире и в Турции. С начала XX в. бурно таяли ледники в Экваториальной Африке. Некоторые малые арктические острова, покрытые льдом, растаяли (Васильевский — в 1936 г., Семеновский — в 1956 г.). Граница вечной мерзлоты повсеместно отступила на север, а температура мерзлых пород повысилась в 40-х гг. XX столетия примерно на 2°С.

     Таяние горных ледников в XX в. можно рассматривать как процесс возврата их состояния к исходному после максимума оледенения последнего тысячелетия, приходящегося на середину XVIII столетия, т. е. возврат к состоянию, которое наблюдалось в течение почти полутора тысяч лет накануне максимального развития малого ледникового периода (условно накануне 1600 г.). Что касается более длительных колебаний мощности ледников и площади их распространения, о чем мы уже подробно говорили выше, то размах этих колебаний в прошлом был существенно большим, чем в период малого ледникового периода и в период потепления XX в.
     Следует заметить, что процесс таяния ледников начался до того, как мог проявить себя тепличный эффект, связанный с увеличением СО2 в атмосфере.
     В том, что процесс изменения количества льда и снега на планете колебательный и связан с флюктуациями климата, свидетельствует тот факт, что в период похолодания после 30—40-х гг. многие ледники вновь начали наступать.     Увеличилось в эти годы количество льда и снега. Так, с 1950 по 1973 г. площадь, занятая льдом и снегом в северном полушарии, увеличилась с 33 до 39 млн. кв. км. Исследование 73 небольших ледников в США, быстро реагирующих на изменения климата, показало, что за 1953—1955 гг. 50 ледников находились в стадии наступания, 14 ледников — накапливали свою мощность без заметного движения, а остальные 7— пребывали в стационарном состоянии. На канадских горных полярных станциях средняя нулевая изотерма для июля в 1964—1972 гг. стала на 276 м ниже, чем в 1955—1963 гг. В это время действительно происходило короткопериодное усиление похолодания, на которое криосфера прореагировала практически синхронно.
     Однако этот процесс был не везде однозначен. Так, к 1976 г. ледники в западной и северной частях Норвегии продолжали увеличиваться, в то время как ледники Восточной Норвегии и Шпицбергена продолжали уменьшаться. Это говорит о наличии региональных флюктуации современного климата.

     Условия, при которых уменьшилось количество паковых льдов в Северной Атлантике в период потепления климата 30—40-х гг., наблюдались и ранее, накануне малого ледникового периода, и в частности в период потепления в первой половине XVI в.
     Таким образом, по реакции криосферы можно заключить, что аналоги современному климату и климату периода максимума потепления 30—40-х гг. в прошлом существовали. И эти изменения климата были вызваны естественными причинами.
     В табл. 12 (таблицы, напомню, здесь не приводятся) приведены некоторые сведения о температурном режиме северного полушария, -осреднением по пятилетиям за период 1955— 1975 гг.
Анализируя данные, приведенные в таблице, можно сделать следующий вывод. В северном полушарии с некоторыми флюктуациями продолжает увеличиваться снежный и ледовый покровы и понижаться температура воздуха со средней скоростью примерно 0,2°С за 10 лет, что подтверждают практически все характеристики, приведенные в таблице. В среднем понижается и температура океана со скоростью 0,05°С за десятилетие. На фоне этого понижения отмечаются некоторые флюктуации со слабым повышением температуры, например в 1955—1960 и 1970—1975 гг.
     Серьезных оснований для вывода о якобы начавшемся новом устойчивом и длительном глобальном потеплении климата последнего периода нет.

     Что касается южного полушария, то там климат в целом теплее, и уменьшается количество льда.
     Рассмотрим теперь несколько подробнее повторяемость экстремальных климатических явлений современного периода и сопоставим ее с экстремальностью климата в прошлом.
В 1973 г. японская метеорологическая служба создала специальную исследовательскую группу для оценки повторяемости необычных условий погоды и тенденций изменения климата (173). Условимся, что необычными считаются условия погоды, которые встречаются раз в 25—30 лет и более.
     Подавляющая часть специалистов считает, что на условия существования человека, экономику и социальную жизнь общества влияли и будут влиять не изменения средних климатических условий (хотя это и существенно), а главным образом изменение повторяемости и интенсивность климатических аномалий, климатических (природных) экстремумов или условий погоды.
В табл. 13 приведены данные японских ученых о повторяемости необычных значений среднемесячных температур и осадков для северного полушария за 1961—1972 гг.
Из табл. 13 следует, что в 70-е гг. преобладало число случаев с необычно низкими значениями среднемесячной температуры по сравнению с необычно высокими значениями (460 и 206). Точно так же преобладало число месяцев с необычно низкими осадками по сравнению с числом месяцев, в которые отмечались необычно высокие осадки (472 и 295).
     Для сопоставления укажем, что за период 1960—1969 гг. (период похолодания после 1930—1940 гг.) по сравнению с периодом 1920— 1940 гг. (период потепления) повторяемость месяцев с необычно низкими температурами возросла почти в 2 раза. Таким образом, для периода похолодания современного климата в 60-е гг. была характерна большая сухость и большая повторяемость холодов.

     О неустойчивости современного климата можно судить и по повторяемости тропических циклонов (тайфунов).
К сожалению, мы не располагаем адекватными данными по месяцам для прошлых столетий. Тем не менее к некоторому сопоставлению ниже мы вернемся.
Достаточно хорошими и объективными показателями суровости или мягкости климата, позволяющими сопоставить экстремальность современного и прошлого климатов, являются даты замерзания характерных водных объектов.
     Так, имеется довольно обширная природоведческая информация о замерзании р. Темзы и Боденского озера (47° с. ш., 8—9° в. д.). Эти водные объекты, как правило, не замерзают или замерзают лишь в экстремально холодные годы.
После строительства моста через Темзу в Лондоне в середине XIX в. и спуска в нее сточных вод река больше не замерзала. По этой причине начиная с 1838 г. отмечены не периоды замерзания, а даты, когда температура воды была около 0°С или ниже (табл. 14).
     Из таблицы следует, что максимальная повторяемость экстремально холодных зим приходится на вторую половину XVI, XVII и XVIII вв., т. е. на малый ледниковый период.
     В период потепления климата условия, близкие к этому, имели место, но интенсивность этих аномалий была, безусловно, меньше, явно меньше была и их повторяемость.

     Остановимся на экстремальных периодах увлажнения климата и его сухости.
     Анализ эмпирических данных показывает, что существуют долгопериодные колебания осадков, на которые накладываются высокочастотные компоненты. Хорошо видны очень большие межгодовые колебания осадков в отдельные годы. Так, уменьшались осадки в период 20—40-х гг., наблюдались резкие аномалии осадков в 70-е гг. (1972, 1975 гг.).
     Такие колебания осадков для большинства районов мира чреваты крупными экономическими и социальными потрясениями, так как они немедленно отражаются на сельскохозяйственном производстве.
     Так, в умеренной зоне, где находится половина всех посевных площадей, производится около 2/3 мирового количества пшеницы и 75% идет на экспорт. В то же время она в сильной мере подвержена климатическим колебаниям температуры и особенно осадков. В результате экстремальных климатических условий (при минимуме осадков) в отдельных регионах падение урожайности может достигать 50—60%. Точно так же в максимально благоприятные годы повышение урожайности достигает 150 и даже 170—200%.

     На рис. 19 приведен график урожайности в России (колебания средней урожайности). Хорошо видно, что до революции урожайность была крайне низкой (0,4—0,6 т/га) и колебалась в зависимости от климатических условий. По низкой урожайности легко идентифицировать засухи (например, 1921 г.). Линия тренда указывает на заметный рост урожайности в годы Советской власти. На этом фоне резко выделяется засуха 1975 г., когда урожайность упала и была ниже урожайности довоенных лет.

     В Японии и Корее, где урожай основной культуры (риса) очень сильно зависит от колебаний температуры, климатические изменения, сопровождающиеся резкими летними похолоданиями, нередко приводили к серьезным социальным потрясениям.
     В сильной степени зависят от наводнений и засух государства на полуострове Индостан. Засухи приносят громадные бедствия в Африке, поражают экономику Австралии, стран Америки.

     В Главной геофизической обсерватории выполнен цикл исследований, посвященных анализу климатических экстремумов над северным полушарием за период инструментальных наблюдений. В качестве Показателей экстремальности использовались различные показатели засушливости климата и его увлажненности для летнего и холодного сезонов, а также показатели экстремально холодных и экстремально теплых зон для зимнего сезона.
Рассмотрим, какие периоды резко отклонялись от трендов в сторону экстремального (осадки на большей части районов составляют 110% от нормы и выше) увлажнения или сухости климата (осадки составляют 90% от нормы и ниже) (табл. 15).
     Мы видим, что на европейской территории страны в теплую половину года в период потепления преобладал не только положительный тренд осадков, но и положительное отклонение от тренда, т. е. преобладают крупные положительные аномалии осадков. В холодные сезоны в периоды максимума потепления (1927—1936 гг.) преобладали отрицательные отклонения от тренда, т. е. преобладали аномалии, указывающие на сухость климата.
     В послевоенные годы положительные аномалии по увлажненности преобладали над Сибирью. Если вновь вернуться к истории климата, то сходное соотношение между трендами температуры и осадков, с одной стороны, и аномалиями осадков — с другой, имело место в период малого климатического оптимума и в период потепления климата в первой половине XVI в.

Таблица 15
Экстремально сухие и экстремально влажные периоды
для теплого и холодного сезонов (299)
                                                                Периоды увлажнения                            Периоды засушливости
Районы
                                                          холодный сезон   теплый сезон                 холодный сезон теплый сезон
Европейская                                         1913—1917        1925—1933                       1917—1936            нет
территория СССР                                1966—1970       кроме 1929/30
Азиатская                                             1899—1919         1945—1947                      1931—1951             нет
территория СССР                                                           1958—1960

     С целью сопоставления экстремальности различных периодов в различных регионах и в целом полушария нами был проведен анализ экстремальности климата с использованием каталога экстремальности климата за период с 1881 по 1985 г. Согласно принятой методике (344), весь диапазон признаков экстремальности (Э) по увлажненности укладывается в интервал от +10 до —10. Положительный признак означает сухость выше средней, а знак минус означает переувлажнение.
     Точно так же по суровости зим диапазон признаков укладывается в интервал ±10. Холодные зимы имеют отрицательный критерий экстремальности, теплые лета — положительный критерий экстремальности. Критерий +10 характеризует жесточайшую засуху, критерий —10 — экстремально суровую зиму.
     Для составления каталога использовались данные более 500 станций наблюдений над северным полушарием.
     Примем, что к засушливым годам будут относиться годы со значением критерия Э+6 £ Э £ +10, а к экстремально засушливым годам будем относить годы, для которых +8 £ Э £ +10. Годы с критерием Э в интервале ±5 будем относить к годам, близким к нормальным.
     Аналогичным образом к переувлажненным годам будем относить годы, для которых —10 £ Э £ — 6, а к экстремально переувлажненным годам — годы, для которых — 10 £ Э £  — 8. Точно так же проводилась классификация экстремальности по температурному режиму.
Все годы, для которых +6£Э£+10, относятся к теплым, а при +8£Э£+10 — к экстремально теплым, годы, для которых —10£Э£— 6, относились к холодным, а годы, для которых —10£Э£—8, — к экстремально холодным.

     Хронология экстремально влажных и экстремально засушливых теплых сезонов для различных регионов при принятых критериях приведена в табл.16.
     На основании выполненного анализа можно вывести некоторые закономерности об экстремальности текущего климата.
     Так, в период потепления 30—40-х гг. уменьшилось количество зим, близких к норме, и соответственно увеличилась повторяемость теплых и холодных зим (включая экстремальные случаи) с 48—50% в начале столетия до 62—65% в 30—40-е гг. Затем экстремальность уменьшилась, но, судя по первому пятилетию 80-х гг., она вновь резко возросла. В период потепления заметно возросло число теплых зим, но одновременно возросло и число холодных зим. Таким образом, период потепления современного климата 30—40-х гг. нельзя рассматривать как процесс равномерного роста температуры. Это потепление осуществлялось на фоне формирования крупных климатических аномалий, как холодных, так и теплых. При этом мы еще раз обратим внимание на аналогию с периодом потепления первой половины XVI в.
В период потепления климата 30—40-х гг. в среднем по полушарию несколько уменьшилась повторяемость нормальных условий и увеличилась повторяемость экстремальных условий.
     Больше половины всех экстремальных случаев (90 из 170) идентифицируются как сильные и жестокие засухи. Это означает, что экстремальные условия переувлажнения (при принятых нами критериях «Э») встречаются несколько реже, чем засухи.

     Из общего числа засушливых условий несколько больше половины случаев (80 из 152) характеризуются как сильные и жестокие засухи. Из 169 случаев переувлажненных условий 90 характеризуются как экстремальные условия переувлажнения.
     В период потепления климата уменьшалась и достигала минимальной величины повторяемость экстремальных условий переувлажнения. И наоборот, число крупных засух в период потепления климата 30—40-х гг. было почти в 2 раза выше средней величины. Особенно много засух в 30-е гг. было на территории США. Последний период
(70-е — начало 80-х гг.) вновь характеризуется относительным повышением повторяемости экстремальных явлений.

     Таким образом, приведенный анализ в значительной мере подтверждает рассмотренные выше по данным других источников закономерности изменения экстремальности современного климата.
     Характеризуя экстремальность современного климата, нельзя не упомянуть о засухах в Сахеле. Сахельские засухи наблюдались и раньше. Так, известен случай сильной засухи в 1913 г. Известны засухи 1941—1942, 1948—1949 гг., более слабые засухи в 1927, 1934 и 1935 гг. Тем не менее в период 1929—1967 гг. отмечалась сравнительно небольшая изменчивость осадков в этом районе, а повторяемость засух соответственно была также небольшой. Однако начиная с середины 60-х гг. отмечено и постоянное уменьшение количества осадков в этой зоне. Если в период 1897—1967 гг. среднее количество осадков было 640 мм/г, в период 1929—1967 гг. — 649 мм/г, то в 1968—1973 гг. оно составило уже 515 мм/г, в 1972—1977 гг. — 523 мм/г. Практически все эти годы в Сахеле следуют одна за другой жестокие засухи. Губительные последствия этих засух охватили обширный район и очень болезненно сказались на экономике ряда африканских стран, так как период засух наступил после 40-летнего периода оптимального увлажнения.

     Остановимся теперь коротко на особенностях циркуляционных условий в атмосфере, главным образом формирующих климатические экстремумы. Результаты исследований показывают, что существует однозначная связь между повторяемостью климатических экстремумов и определенных форм атмосферной циркуляции.
     Так, установлено, что в среднем за три зимних месяца в Западной Европе и на европейской территории нашей страны крупные отрицательные аномалии температур в 47 и 46% случаев формировались в результате преобладания процессов меридиональной формы циркуляции. В Азии более чем в 60% случаев устойчивые холода являются результатом развития восточной формы циркуляции. Если в Западной Европе основная роль в формировании значительных аномалий принадлежит процессам меридиональной формы циркуляции, то на европейской части СССР вероятность возникновения холодов практически одинакова при обоих типах циркуляции.
     Только на Дальнем Востоке холода в январе формировались при преобладании зональной циркуляции. Над европейской частью нашей страны в это время развивалась восточная форма циркуляции. Более детальный анализ показывает, что на Дальнем Востоке термический режим января определяется циркуляцией над Атлантикой и Европой, а в декабре и феврале — циркуляцией над Тихим океаном и Америкой.

     На Американском континенте устойчивая погода в 92—96% случаев определяется преобладанием разновидностей меридионального типа циркуляции.
С циркуляционными процессами связано развитие засух и увлажнений. Для засух европейской части страны характерно развитие определенных форм меридиональной циркуляции. При этом районы Западной и Восточной Сибири, Восточного Казахстана и Алтайского края характеризуются достаточным увлажнением.
В Восточном Казахстане засухи возникают, как правило, при развитии над Евразией как меридиональных, так и зональных процессов. В этом последнем случае сухой воздух выносится по северной периферии стационарного циклона над Индией с востока, из жарких и сухих районов пустыни Гоби.
     Для периодов достаточного увлажнения восточных районов Казахстана характерным также является развитие определенной формы меридиональной циркуляции.
Формирование засух в Индии связано с динамикой Индийского муссона, т. е. с мощным циркуляционным механизмом, характерным для данного региона.

     Таким образом, формирование как теплых и холодных эпох, так и экстремально холодных и теплых, экстремально влажных и экстремально сухих периодов однозначно связано с особенностями нарушения зональной циркуляции атмосферы и их конкретными региональными проявлениями. Такая закономерность четко прослеживается на протяжении последнего столетия и достаточно убедительно подтверждается экспериментальными данными. Имеются и исторические подтверждения этих закономерностей. Это позволяет считать циркуляционные процессы решающими при формировании климатических аномалий.

Ниже вы можете посмотреть картины известных художников, запечатлевших на своих полотнах экстремальные природные явления.