7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Выше мы проследили за изменениями климата, которые носили глобальный характер и охватывали как длитель­ные, так и более короткие периоды истории Земли. В ос­новном это было вызвано естественными причинами. Лишь в небольшой мере, особенно в последние десятиле­тия, отдельные изменения объясняются неосознанной дея­тельностью человека: вырубка и выжигание лесов на больших пространствах, увеличение пахотных земель, вытаптывание растительности животными в так называемых аридных зонах, что могло способствовать наступле­нию пустынь, и др. Однако человеческая деятельность по­добного рода не способна повлиять на крупные климати­ческие колебания: ледниковые и межледниковые периоды или даже малый климатический оптимум и малый ледни­ковый период.

Как подчеркивалось, строгой теории, позволяющей с уверенностью объяснить и математически оценить коле­бания климата в прошлом, не создано. Тем не менеенаука в состоянии дать количественную оценку отдельных климатообразующих факторов и качественную интерпрета­цию их влияния на климат. Для наглядности запишем в самом общем виде уравнение баланса термодинамической энергии. Если обозначить среднюю взвешенную по массе и отнесенную к единице массы температуру столба атмос­феры единичного сечения Т, а ее изменения дельтаТ, то

F_001

Здесь А — интегральное альбедо системы Земля— атмосфера, характеризующее отражательную способность как подстилающей поверхности, так и самой атмосферы для приходящей от Солнца радиации. Оно меняется тео­ретически от 0 до 100% (от 0 до 1). В среднем для всего земного шара интегральное альбедо системы 0,3—0,35. Это означает, что 30—35% приходящей солнечной радиа­ции, в основном коротковолновой, отражается и уходит в мировое пространство. Однако для различных сезонов альбедо системы колеблется в очень широких пределах — от нескольких единиц до 90%. В связи с этим, для того чтобы оценить только роль альбедо, необходимо знать ха­рактеристику и состояние биосферы над всем земным шаром, почв, океана, снежного и ледового покрова. Аль­бедо атмосферы зависит от количества и микроструктуры облачности, весьма изменчивой во времени и пространстве.

Указанные характеристики климатической системы непрерывно находятся в динамике. Без ее понимания мы не может оценить изменение альбедо системы Земля-атмосфера. На примере одного этого параметра видно, что климатическая система многокомпонентная.

So — приходящая на верхнюю границу атмосферы сол­нечная радиация. Она зависит от интенсивности солнечного излучения, времени года и суток, широты места, па­раметров земной орбиты и угла наклона земной оси. Легко видеть, что величина 50 зависит от ряда факторов как земного, так и внеземного происхождения.

В сумме величина (1—A) So характеризует долю по­глощенной системой Земля—атмосфера солнечной радиа­ции.

Еэф — эффективное уходящее длинноволновое излуче­ние, т. е. количество тепловой радиации, покидающей Землю. Оно зависит от температуры излучающего тепло тела, т. е. от температур подстилающей поверхности и атмосферы, от газового и аэрозольного состава атмосферы, облачности. Одни газовые и аэрозольные компоненты поглощают длинноволновую радиацию (водяной пар, углекислый газ, облачность или, как принято говорить, облачный аэрозоль и др.), другие пропускают длинновол­новую радиацию полностью или частично (азот, кислород, крупная пыль и др.). В обычном состоянии в отдельности газы и главным образом N и О2, из которых в основном состоит атмосфера, не поглощают в сильной мере ни длин­новолновую, ни коротковолновую радиацию и сами по себе существенно не влияют на тепловой режим атмосфе­ры. Но в результате внешних воздействий, например вулканических извержений, солнечных вспышек, а в пос­ледние годы и антропогенных факторов (атомные взрывы, сжигание топлива), эти газы могут образовать соединения (например, окислы N и др.), которые будут поглощать как длинноволновую, так и коротковолновую радиацию и влиять тем самым на тепловой режим атмосферы.

Етурб — турбулентный поток тепла между атмосферой и подстилающей поверхностью. Он зависит от контраста температур между атмосферой и подстилающей поверх­ностью и ее свойств, а также от скорости ветра.

Ефаз — фазовые притоки тепла, характеризующие как затраты тепла на испарение, так и выделение затрачен­ного на испарение тепла при конденсации водяного пара и выпадении осадков.

Ециркул — перераспределение тепла по земному шару за счет циркуляционных процессов. В среднем для всего зем­ного шара приток тепла равен нулю. Но в отдельных ре­гионах за счет этого источника могут происходить суще­ственные изменения температур.

D — приток тепла, возвращаемого в атмосферу за счет диссипации кинетической энергии атмосферных движе­ний, т. е. за счет перехода механической энергии движе­ния атмосферы в тепловую.

Приток тепла за счет диссипации незначителен, в сред­нем он составляет 2—3 Вт/м2 по сравнению с солнечной постоянной, равной 1356 Вт/м2. Этот источник тепла в це­лом не имеет существенного климатообразующего значе­ния для земного шара. Однако именно равная этому ко­личеству энергия необходима атмосфере для поддержания кинетической энергии движений, т. е. величина генери­руемой в атмосфере кинетической энергии примерно рав­на ее диссипации. Но через циркуляционный механизм происходит перераспределение энергии по земному шару (Ециркул). Зачастую этот фактор недооценивается ввиду малости этой величины, что само собой исключает из рассмотрения динамику атмосферы, а значит, и циркуля­ционные факторы климата, региональные его особенности и крупные климатические аномалии.

Еист — энергия, вносимая каким-то внешним источни­ком (в настоящее время — это в основном антропогенный).

Легко видеть, что если имеются естественные или ан­тропогенные факторы, способные изменить тот или иной из описанных выше параметров, характеризующих только один компонент климатической системы атмосферы, то на основе оценки изменений этих параметров можно будет оценить возможные изменения интересующего нас клима­тического режима атмосферы.

Но для полного учета этого фактора нужно принять в расчет динамику всех пяти компонентов климатической системы (атмосферы, океана, криосферы, поверхности суши, биосферы), находящихся в сложном взаимодейст­вии. Другими словами, подобный анализ следовало бы провести для каждого из пяти компонентов климатической системы в отдельности, а затем в их взаимодействии. Именно в этом заключается основная трудность проблемы, ее многообразие, комплексность и глобальный характер.

Атмосфера — самый подвижный компонент климати­ческой системы. Характерное время установления атмос­ферной циркуляции под влиянием внешних параметров составляет около месяца.

Океан менее подвижен. Он — мощный аккумулятор солнечной энергии, которая затем поступает в атмосферу в виде явного и скрытого тепла. Характерное время уста­новления циркуляции в верхнем (деятельном) слое океа­на колеблется от нескольких месяцев до нескольких лет, па глубине — столетия. Океан является источником и стоком в газовом и аэрозольном обмене с атмосферой.

Криосфера — еще менее подвижный компонент клима­тической системы. Она включает воду в замерзшем со­стоянии (континентальные ледниковые щиты, горные ледники, морские льды, снег). Снежный покров и морской лед испытывают значительные внутригодовые колебания, в то время как горные ледники и в особенности континен­тальные ледниковые щиты изменяются слабо — в масшта­бе столетий, десятков и сотен тысяч лет. Криосфера ис­ключительно сильно влияет на альбедо и частично оро­графию поверхности, а также на перераспределение воды на земном шаре.

Следующий компонент включает в себя непосредствен­но поверхность суши с ее почвами, горами, реками, озера­ми, грунтовыми водами. Озера, реки, болота, грунтовые воды — важные факторы влагооборота. Поверхность суши воздействует на радиационный и тепловой режим атмос­феры, на газовый, аэрозольный обмен и др.

Последний компонент климатической системы — био­масса — включает в себя растительный и животный мир континентов и океанов. Биомасса существенно сказывает­ся на влагообороте, газовом обмене, тепловом режиме. Воз­действуя на биомассу или через ее посредство на другие компоненты системы, человек подвергает испытаниям со­стояние климатической системы в целом.

Естественные механизмы, влияющие на климат, можно разбить на следующие группы:

астрономические факторы, связанные с изменением па­раметров земной орбиты, наклоном земной оси и процес­сами на Солнце или в Солнечной системе;

геофизические факторы, обусловленные свойствами Земли как планеты;

циркуляционные факторы, связанные в основном с процессами внутри самой атмосферы.

Ниже будет рассмотрена каждая из перечисленных групп, дана качественная, а там, где возможно, и количе­ственная интерпретация их влияния на климат.