Атмосфера. В последнее время – с начала эры спутникового мониторинга – банк атмосферных данных пополняется регулярно и очень интенсивно

В последнее время – с начала эры спутникового мониторинга – банк атмосферных данных пополняется регулярно и очень интенсивно. В первую очередь это касается нижних слоев атмосферы – тропосферы и стратосферы. Но если исторически сложившееся разделение Мирового океана на четыре (или пять) частей довольно естественно, то аналогичное разбиение вроде бы однородной атмосферы может вызвать недоуменные вопросы. Для того чтобы устранить эту неясность, посмотрим как изменяется температура воздуха с высотой: сначала она падает, на некотором уровне достигает своего минимума, а выше – уже растет.

Именно поведение температуры лежит в основе разделения атмосферы на высотные слои. Нижний слой, где температура с высотой убывает, – тропосфера, а тот, где ее убывание сменяется ростом, – стратосфера. Границу их раздела называют тропопаузой.

Высота тропопаузы неодинакова над различными областями земного шара: в тропиках и у полюсов она составляет примерно 15–17 и 8–10 км соответственно, а среднеглобальной величиной считается высота в 12 км. Характерные скорости перемещения воздушных масс выше, чем скорости в Мировом океане, и по динамичности атмосфера занимает первое место в климатической системе. Направления движения основных крупных воздушных потоков – движений планетарного масштаба – представлены на рис. 5 цв. вклейки.

Далее этот рисунок будет дополнен рассказом об основных атмосферных движениях меньшего масштаба (к таковым относятся, к примеру, местные движения воздуха, скажем, ветры, дующие с моря в прибрежных районах). Здесь лишь добавим, что перенос воздушных масс вдоль меридианов описывают обычно тремя ячейками – Хэдли (в тропиках), Феррела (в средних широтах) и полярной.

Что такое ячейки? Теплый воздух поднимается и одновременно движется от экватора к полюсам. На высоте он остывает, опускается в приземный слой, где снова нагревается, и опять устремляется вверх (продолжая переноситься к полюсам). Такой цикл повторяется трижды, это и есть три вышеуказанные ячейки. Таким образом, возникает вертикальный цикл движения воздушных масс, названный ячейкой атмосферной циркуляции.

Атмосфера находится под непрерывным контролем метеослужб и специальных научных экспедиций. По результатам измерений составляются специальные обзоры. Например, в обзоре Дж. Хансена с соавт.[4]использованы и проанализированы данные сетей измерений приземного воздуха, состоящих примерно из 7 тыс. станций, расположенных на материках, островах и на кораблях, полученных в период с 1880 по июнь 2010 г. Произведены тщательный отбор и анализ данных при разных способах сочетания наземных и океанических результатов измерений. При этом специальным образом учитывался вклад измерений на станциях, расположенных в крупных городах или их окрестностях, где влияние «островов тепла» может исказить репрезентативность фоновых данных, ведь, как известно, температура в центральной части крупного города, как правило, на несколько градусов выше, чем вне его границ. Зимой это связано с обогревом зданий, работой заводов и фабрик и наличием подземных коммуникаций, которые до некоторой степени «обогревают» атмосферу, а также с тем, что энергия ветра, по мере приближения к центру города, все больше «гасится» зданиями. Таким образом, срабатывает локальный источник тепла, а распространение этого тепла от центра происходит относительно медленно (но все же происходит). Летом таким источником тепла может также служить, например, разогрев асфальта на солнцепеке. Отмечено, что при учете всех искажений и введении необходимых поправок получается достоверная картина среднегодовых отклонений температуры воздуха у поверхности (ΔT_S) в ХХ веке (от средней в период 1961–1990 гг.) с минимумом 0,3–0,4 К (в метеорологии принято использовать именно градусы Кельвина) в 1910 г., максимумом в 0,03 К в 1940–1945 гг., малыми изменениями – в 0,02 К в 1950–1975 гг. и последующим ростом до 0,6 К к 2010 г. Данные измерений на суше и в океане хорошо согласуются между собой, скорость роста усредненных значений ΔT_S остается примерно постоянной в последние 30 лет. В то же время в некоторых регионах отмечены кратковременные отклонения, часто связанные с явлениями ЭльНиньо – Ла‑Ниньо, наиболее сильные в 1998 и 2010 гг.

В разных регионах происходят заметные отклонения от общего роста ΔT_S, чаще в океаническом Южном полушарии, где наблюдается отставание роста температуры поверхности T_S по сравнению с Северным полушарием. Величина тренда (скорости изменения) T_S в целом выше на станциях, расположенных внутри больших участков суши (материков) по сравнению с прибрежными или островными станциями. Причина этого понятна: бо́льшая теплоемкость воды по сравнению с воздухом и почвой суши, тоже «пронизанной» воздухом. Более теплоемкие части акватории отбирают тепло из воздуха и подстилающей поверхности и медленнее повышают свою температуру и температуру прилежащего воздуха.

Потепление климата в регионе часто выражается в увеличении числа и интенсивности «волн тепла» в летний период, а также в снижении числа и интенсивности «волн холода» в зимний период. Такая тенденция достаточно часто наблюдается в период глобального потепления. При этом летние «волны тепла» приводят к появлению большего числа смертей и ущерба, чем зимние «волны холода», – ситуация, идентичная с энергозатратами на кондиционирование и обогрев воздуха в помещениях.

В период глобального потепления наблюдаются сдвиги по широте некоторых атмосферных характеристик. Так, отмечается смещение на север путей циклонов, перемещающихся на Западную Европу и Европейскую Россию с Северной Атлантики. Это способствует усилению циклонической погоды в Северной Европе и в России в зимнее время и, как следствие, учащению теплых зим с обильными осадками. Циклоны несут в регионы России тепло и влагу с северной части Атлантики. Отмечено также смещение к полюсам границ тропической зоны (ее расширение). С начала систематических спутниковых слежений в 1979 г. до середины первого десятилетия XXI века зона субтропиков Северного полушария продвинулась на север на 5–8° широты. При этом сухая зона субтропиков, прилежащая к тропику Рака[5]с севера, сдвигается на южную часть сельскохозяйственной зоны средних широт, что наносит ей заметный ущерб.

Все эти тенденции еще более ярко проявляются в прогнозах климатических изменений к середине и к концу текущего века, сделанных с использованием глобальных климатических моделей. Одновременно отмечается увеличение высоты тропической тропопаузы, происходят изменения в динамике (переносе) атмосферного озона, регистрируемые мировой озонометрической сетью.