Взаимодействие океана и атмосферы

2

Реферат по географии

Тема: Взаимодействие океана и атмосферы

Содержание:

1. Взаимосвязь процессов в океане и атмосфере

2. Изменчивость процессов в океане

3 Влагообмен в системе океан-атмосфера

4 Явления Эль Ниньо и Ла Нинья

5 Глобальное потепление: реальность и прогноз

1. Взаимосвязь процессов в океане и атмосфере

Взаимодействие океана и атмосферы определяет погоду и климат различных областей земного шара, тепловой и динамический режим Мирового океана. Практическое значение решения этой проблемы очевидно - оно открывает пути для разработки более совершенного долгосрочного прогноза погоды, прогноза изменения климата, прогноза режима Мирового океана. Сейчас эта проблема стала одной из важнейших проблем.

Океан и атмосфера соприкасаются на пространстве, составляющем около 71% поверхности планеты. На всем этом пространстве между газовой и жидкой оболочками Земли происходит непрерывное взаимодействие в разнообразных процессах. Только приливные явления, из всех происходящих в Мировом океане процессов, могут рассматриваться независимо в океане и атмосфере.

Все процессы в океане и атмосфере возбуждаются единым источником энергии - солнечным излучением - и представляют собой различные части единого механизма, в котором происходит трансформация тепловой энергии Солнца в другие виды энергии.

Тепловое и динамическое взаимодействие, обмен влагой являются основными процессами во взаимодействии океана и атмосферы. Именно эти процессы имеются в виду, когда рассматривается проблема взаимодействия океана и атмосферы. В нее входит и взаимодействие атмосферы с поверхностью материков, без которого крупномасштабное взаимодействие было бы не полным.

В тепловом отношении океан более активен, так как обладает большим запасом тепла, а атмосфера более активна в динамическом - в силу большей подвижности и больших запасов кинетической энергии.

В ряде отдельных процессов можно видеть преобладание определенно направленного воздействия атмосферы на океан или океана на атмосферу. Однако в целом процессы взаимодействия в системе океан-атмосфера происходят с активной обратной связью. Поэтому причины и следствия в цепи взаимодействия могут меняться местами, и в большинстве случаев невозможно указать, находятся причины в атмосфере или в океане.

В результате теплового и динамического взаимодействия газообразной и жидкой оболочек Земли создается основной фон жизни океана и атмосферы, на котором развиваются все остальные физические, а также химические, биологические и геологические процессы, поглощающие несравненно меньшую часть приходящей на Землю солнечной энергии.

Воздействие атмосферы на океан проявляется в основном в передаче ему количества движения. Под действием касательного напряжения и пульсаций давления турбулизированного ветрового потока в океане возникают дрейфовые течения, ветровое волнение, внутренние волны. Энергией циркуляции атмосферы, т.е. режимом преобладающих ветров над океанами, обусловлены главные черты системы общей циркуляции вод океана, ветрового волнения, уровенной поверхности. Кроме того, колебания атмосферного давления, особенно при прохождении циклонов, создают в океане градиентные течения, долгопериодные внутренние волны, сгонно-нагонные изменения уровня.

Воздействие океана на атмосферу проявляется главным образом в передаче ей тепла и влаги. Существенную роль при этом играет скрытая теплота, содержащаяся в водяном паре и реализуемая атмосферой в районах конденсации. Тепло океана передается в атмосферу процессами испарения, турбулентного теплооомена и длинноволнового излучения с поверхности океана.

Благодаря большой тепловой инерции деятельного слоя океана его тепловое состояние более стабильно и меняется во времени медленнее, чем тепловое состояние атмосферы. Поэтому крупномасштабные движения в атмосфере стремятся приспособиться к тепловому состоянию океана.

Распределение величин результирующего теплообмена океана с атмосферой определяет районы наибольшего поступления тепловой энергии в атмосферу, а следовательно, определяет и районы наибольшей термодинамической активности в атмосфере. Такими районами являются, в частности, системы течений Гольфстрим и Куросио.

Важную роль регулятора в процессах взаимодействия океана с атмосферой играет облачность. В облачности при конденсации выделяется скрытая теплота испарения, но в тоже время она экранирует прямую солнечную радиацию. Поэтому распределение облачности создает неравномерность в прогреве верхних слоев океана. Длительные аномалии в количестве облаков над данным районом океана способствуют образованию аномалий теплосодержания деятельного слоя. При этом изменяется испарение, турбулентный и лучистый теплообмен океана с атмосферой, что соответствующим образом изменяет облачность и другие характеристики атмосферы. Таким образом, облачность осуществляет обратную связь в процессах воздействия океана на атмосферу и может придавать этим процессам колебательный характер.

В районах частой повторяемости штормов резко увеличиваются турбулентные потоки тепла и влаги, в результате чего эти области являются очагами интенсивного взаимодействия океана и aтмосферы.

Морской лед также играет роль своеобразного регулятора в теплопередаче от океана в атмосферу в полярных областях, уменьшая теплообмен между океаном и атмосферой.

2. Изменчивость процессов в океане

Проблема взаимодействия океана с атмосферой сложна, а форма и содержание взаимодействия многообразны. Поэтому необходимо классифицировать процессы взаимодействия по масштабам. Строго говоря, эти процессы не разделимы, но в то же время деление процессов по масштабам не произвольно - оно определяется масштабом неоднородностей граничных условий на поверхности планеты.

Многообразные внутренние процессы в океане связаны между собой. Эта взаимосвязь прослеживается как между малыми объемами воды, так и между водными массами всего океана. В основе этой взаимосвязи лежат циркуляционные процессы. Спектр их широк - от процессов на молекулярном уровне до процессов всего океана.

Для океанов специфичны динамические, химические, биологические и геохимические процессы формирования вертикальной и горизонтальной структуры водных масс, сообществ морских организмов и их продуктивность. Циклические процессы в основе формирования этих структур проявляются в виде почти замкнутых круговоротов массы и вещества. Эта не полная замкнутость имеет принципиальное значение для взаимосвязанности явлений. Именно передача энергии от одного цикла в другой и осуществляет эту взаимосвязь. Наиболее детально изучены динамические циклы переноса вод. Эти циклы получили название изменчивости вод. Советским ученым А.С.Мониным (1974 г.) предложена классификация изменчивости вод океана.

1. Мелкомасштабная изменчивость с временным масштабом от долей секунды до десятков минут. К ней относятся поверхностные и внутренние волны, турбулентность и процессы эволюции вертикальной микроструктуры. Поверхность океана практически всегда деформирована волнами. Высота волн в океане может достигать 20-30 м. Волны играют большую роль в перемешивании верхнего слоя океана, в создании верхнего однородного слоя. Переслоенность плотностной структуры океана - основа развития внутренних волн, которые могут возбуждаться приливообразующими силами, изменением атмосферного давления, ветром, течениями.

Турбулентность играет важную роль в вертикальном перемешивании вод, в обмене количеством движения и тепла с атмосферой.

2. Мезомасштабная изменчивость с периодами от часов до суток. К ней относятся приливные и инерционные колебания, возникающие под действием гравитационного притяжения Луны и Солнца, сил инерции. Этим же интервалом характеризуются суточные вертикальные миграции планктона, которые в некоторых районах океана достигают сотен метров.

3. Синоптическая изменчивость от нескольких суток до месяцев. Проявляется в океане в виде горизонтальных вихрей размером в сотни километров. Главным управляющим фактором синоптической изменчивости является накапливающийся эффект воздействий на океан ветра и тепла. Синоптическая изменчивость отражается также в температурных колебаниях, которые могут достигать местами нескольких градусов. Синоптический период имеет смена влаги в атмосфере и воды в реках. Так, вода в атмосфере сменяется за год 37 раз, т.е. примерно каждые 10 дней. Обновление вод в реках происходит каждые 11 дней.

4. Сезонная изменчивость с годовым периодом и кратными ему частями. Причиной этих колебаний является годовое движение Земли вокруг Солнца и связанный с этим годовой ход солнечной радиации в различных широтных зонах. Сезонная изменчивость прослеживается в биологической продуктивности отдельных районов Мирового океана, а также в годовых колебаниях температуры воды на поверхности. Так, в северо-западных районах Атлантического и Тихого океанов амплитуда годовых колебаний температуры воды достигает 16-20°С. Пространственные масштабы сезонных колебаний находятся в зависимости от меридиональной протяженности природных зон и их особенностей. Продолжительность отдельных сезонов меняется с широтой. Климатические и гидрологические сезоны в основном совпадают. Однако, между ними существуют и определенные различия, которые увеличиваются в направлении от экватора к полюсам.

5. Межгодовая изменчивость. В ней наиболее ярко выражены колебания во взаимодействии океана и атмосферы. Проявляется в согласованных изменениях состояния больших акваторий океана и всей атмосферы от года к году. Примерами могут служить колебания положения и интенсивности северной ветви Гольфстрима с периодом около 3.5 лет, квазисемилетнее явление "Эль Ниньо" - появление аномально высоких температур воды на поверхности экваториальной части Тихого океана, а также перемещения тепловых аномалий по океаническим круговоротам.

6. Внутривековая изменчивость с периодами в десятки лет, связанная с колебаниями климата, одновременно охватывает океан и атмосферу. Примером может служить произошедшее в первой половине XX века потепление вод Арктики и одновременное похолодание в низких широтах. Среди внутривековых наиболее четкими оказались колебания продолжительностью 11 и 20-30 лет. Широко распространены на земном шаре климатические изменения с периодом 30-35 лет. В течение одного такого колебания серия влажных и прохладных лет сменяется серией теплых и сухих.

7. Межвековая изменчивость с периодами в сотни лет. Проявляется в виде межвековых колебаний климата и изменения средней температуры воды значительных акваторий океана. Одно из таких изменений происходило во время так называемого "малого ледникового периода" в ХVII-ХIХ веках. В этот период Саргассово море было на 2-3°С теплее, а акватория у Исландии на 1°С холоднее современной нормы. Эти отклонения явились результатом ослабления теплообмена в процессах взаимодействия океана и атмосферы.

Сотнями лет оценивается "время жизни" глубинных вод океана: Тихого и Индийского - 1300 лет, глубинных вод северной части Атлантики - 600 лет, Антарктики - 100 лет, поверхностных вод северной Атлантики - 10 лет. Таким образом, межвековая изменчивость связана также с обменными процессами во всей толще океанических вод, т.е. с общей вертикальной циркуляцией.

3. Влагообмен в системе океан-атмосфера

Планетарный обмен влаги складывается из количества испаряющейся воды, массы выпадающих осадков, материкового стока и вод, образующихся при таянии льда. Разность между испарением и осадками определяет бюджет пресных вод в любой точке Мирового океана. Общий баланс пресных вод в пределах всего океана вычисляется с учетом материкового стока и количества талых вод (рис.20).

Рис. 20. Планетарный обмен влагой (тыс.км³) (ВМО, 2002)

Затраты тепла на испарение, отнимающего воду с поверхности океана, непосредственно являются составляющей его теплового баланса. Осадки, возвращающие влагу в океан, являются результатом конденсации пара в атмосфере, при которой тепло испарения передается воздуху. Таким образом, влага, участвующая в непрерывном цикле испарение-конденсация, является своеобразным теплоносителем, передающим от океана атмосфере большую часть тепла солнечной радиации, поглощаемой океаном.

Влияние самих осадков на теплосодержание океана незначительно, так же как и стока с суши, возвращающего часть осадков, выпавших над материками.

Если выделить в океане вертикальный столб пространства от поверхности до дна, то баланс влагообмена для него выразится весьма просто (рис. 21).

На любой акватории океана испарение И и осадки О не равны как за небольшие промежутки времени, так и за год в среднем. Возникающие вследствие этого изменения уровня создают горизонтальные градиенты давления, которые перемещают воду и быстро компенсируют изменения уровня. Эти компенсирующие движения накладываются на течения, существующие по другим причинам, но могут быть выделены из наблюдающегося суммарного течения как разность вносимого в столб и выносимого из него объемов воды.

Рис. 21. Схема влагообмена

Таким образом, постоянство количества воды в столбе поддерживается балансом испарения, бокового притока V_п и оттока V₀ воды, в которых присутствует и материковый сток V_с:

О+ V_п=И+ V₀

Уравнение является уравнением водного баланса, которое определяет количественное соотношение между составляющими водного баланса. Водный баланс - соотношение прихода и расхода воды с учетом изменения ее запасов за выбранный интервал времени для рассматриваемой акватории.

Уравнение не вполне корректно, поскольку V_п и V₀ содержат соли, а О и И не содержат. Разность О-И компенсируется только пресной частью V_п и V₀ и результирующий водообмен V_п - V₀ не равен О - И. В испарении и осадках участвует только пресная вода, поэтому разность О - И называют пресным балансом.

Для океана или моря в целом, так же как и для отдельного столба, в среднем соблюдается постоянство массы воды, поэтому уравнение водного баланса справедливо и для них. Только в этом случае члены водообмена выражают водообмен с соседними водоемами, и, кроме того, в уравнение следует ввести сток с суши V_с. Пресный баланс для моря в целом выразится так: O + V_с - И = П.

Основными составляющими водного баланса являются осадки и испарение. Речной сток дает всего 10% притока. В Тихом и Северном Ледовитом океанах приток пресных вод за счет осадков и речного стока превышает испарение, вследствие чего в них образуется излишек вод, стекающих в Атлантический и Индийский океаны. Поступление пресной воды в океаны происходит в основном в экваториальной зоне и в умеренных широтах южного полушария. В тропических широтах обоих полушарий испаряется влаги больше, чем выпадает осадков. В экваториальной зоне конвергенция пассатов вызывает восходящие потоки воздуха и обильные осадки. В субтропических районах высокого атмосферного давления количество осадков убывает и дефицит воды компенсируется морскими течениями. В умеренных широтах частые циклоны приводят к превышению осадков над испарением.

Определение испарения с поверхности океана является трудным делом. Измерение осадков хотя в принципе и проще, однако на пространстве океана оно систематически выполняется только метеостанциями на островах и берегах. Поэтому в настоящее время данные по пресному балансу океанов весьма схематичны.

4. Явления Эль Ниньо и Ла Нинья

В Мировом океане наблюдаются особые явления (процессы), которые можно рассматривать как аномальные. Эти явления распространяются на громадные акватории и имеют большое эколого-географическое значение. Такими аномальными явлениями, охватывающими океан и атмосферу, являются Эль Ниньо и Ла Нинья. Однако следует различать течение Эль Ниньо и явление Эль Ниньо.

Течение Эль Ниньо - постоянное, небольшое по океаническим масштабам течение у северо-западных берегов Южной Америки. Оно прослеживается от района Панамского залива и следует на юг вдоль берегов Колумбии, Эквадора, Перу примерно до 5⁰ ю.ш. Однако приблизительно один раз в 6 - 7 лет (но бывает чаще или реже) течение Эль Ниньо распространяется далеко на юг иногда до северного и даже среднего Чили (до 35-40⁰ ю.ш.). Теплые воды Эль Ниньо оттесняют холодные воды Перуанско-Чилийского течения и берегового апвеллинга в открытый океан. Температура поверхности океана в прибрежной зоне Эквадора и Перу повышается до 21-23⁰С, а иногда до 25-29⁰С. Аномальное развитие этого теплого течения, продолжающегося почти полгода - с декабря по май и которое обычно появляется к католическому Рождеству, получило название «Эль Ниньо» - от испанского «El Niсo - младенец (Христос)». Впервые оно было замечено в 1726 г.

Этот чисто океанологический процесс имеет ощутимые, а часто и катастрофические экологические последствия на суше. Из-за резкого потепления воды в береговой зоне (на 8-14⁰С) существенно уменьшается количество кислорода и, соответственно, биомасса холодолюбивых видов фито- и зоопланктона, основной пищи анчоусовых и других промысловых рыб Перуанского региона. Огромное количество рыб или погибает, или исчезает из этой акватории. Уловы перуанского анчоуса падают в такие годы в 10 раз. Вслед за рыбой исчезают и птицы, которые ею питаются. В результате этого природного катаклизма разоряются южноамериканские рыбаки. В прежние годы аномальное развитие Эль Ниньо приводило к голоду сразу в нескольких странах тихоокеанского побережья Южной Америки. К тому же при прохождении Эль Ниньо резко ухудшаются погодные условия в Эквадоре, Перу и северном Чили, где случаются мощные ливни, приводящие к катастрофическим наводнениям, селям и эрозии почв на западных склонах Анд.

Однако последствия аномального развития течения Эль Ниньо ощущаются только на тихоокеанском побережье Южной Америки.

Главным виновником участившихся в последние годы погодных аномалий, которые охватили практически все континенты, называют явление Эль Ниньо/Ла Нинья, проявляющееся в значительном изменении температуры верхнего слоя воды в восточной тропической части Тихого океана, что вызывает интенсивный турбулентный тепло- и влагообмен между океаном и атмосферой.

В настоящее время термин «Эль Ниньо» используют применительно к ситуациям, когда аномально теплые поверхностные воды занимают не только прибрежную область возле Южной Америки, но и большую часть тропической зоны Тихого океана вплоть до 180 меридиана.

В обычных погодных условиях, когда фаза Эль Ниньо еще не настала, теплые поверхностные воды океана удерживаются восточными ветрами - пассатами - в западной зоне тропической части Тихого океана, где формируется так называемый тропический теплый бассейн (ТТБ). Глубина этого теплого слоя воды достигает 100-200 метров, и именно формирование такого большого резервуара тепла - главное и необходимое условие перехода к режиму феномена Эль Ниньо. В это время температура поверхности воды на западе океана в тропической зоне составляет 29-30°, тогда как на востоке - 22-24°С. Такое различие в температуре объясняется подъемом холодных глубинных вод на поверхность океана у западного побережья Южной Америки. При этом в экваториальной части Тихого океана формируется акватория с громадным запасом тепла и наблюдается равновесие в системе океан-атмосфера. Это ситуация нормального баланса.

Примерно раз в 3-7 лет баланс нарушается, и теплые воды западного бассейна Тихого океана движутся на восток, и на огромной акватории в экваториальной восточной части океана происходит резкое повышение температуры поверхностного слоя воды. Наступает фаза Эль Ниньо, начало которой ознаменовывается внезапными шквальными западными ветрами (рис. 22). Они меняют обычные слабые пассаты над теплой западной частью Тихого океана и препятствуют подъему на поверхность холодных глубинных вод у западного побережья Южной Америки. Сопутствующие Эль Ниньо атмосферные явления были названы Южным колебанием (ЭНЮК - Эль Ниньо - Южное колебание), так как впервые наблюдались в Южном полушарии. Из-за теплой водной поверхности интенсивный конвективный подъем воздуха отмечается в восточной части Тихого океана, а не в западной, как обычно. В результате область сильных дождей смещается из западных районов Тихого океана в восточные. На Центральную и Южную Америку обрушиваются дожди и ураганы.

Рис. 22. Обычные условия и фаза наступления Эль Ниньо

За последние 25 лет отмечены пять активных циклов Эль Ниньо: 1982-83, 1986-87, 1991-1993, 1994-95 и 1997-98 гг.

Механизм развития феномена Ла Нинья (по испански La Niсa - «девочка») - «антипода» Эль Ниньо несколько другой. Явление Ла Нинья проявляется как понижение поверхностной температуры воды ниже климатической нормы на востоке экваториальной зоны Тихого океана. Здесь устанавливается непривычно холодная погода. Во время формирования Ла Нинья восточные ветры с западного побережья обеих Америк значительно усиливаются. Ветры сдвигают зону теплой воды (ТТБ), и «язык» холодных вод растягивается на 5000 километров именно в том месте (Эквадор - острова Самоа), где при Эль Ниньо должен быть пояс теплых вод. Этот пояс теплых вод смещается на запад Тихого океана, вызывая мощные муссонные дожди в Индокитае, Индии и Австралии. Страны Карибского бассейна и США при этом страдают от засух, суховеев и смерчей.

Циклы Ла Нинья отмечались в 1984-85, 1988-89 и 1995-96 гг.

Хотя атмосферные процессы, развивающиеся при Эль Ниньо или Ла Нинья, в большинстве своем действуют в тропических широтах, однако их последствия ощутимы на всей планете и сопровождаются экологическими катастрофами: ураганами и ливнями, засухами и пожарами.

Эль Ниньо возникает в среднем один раз в три-четыре года, Ла Нинья - раз в шесть-семь лет. Оба явления несут с собой повышенное количество ураганов, но во время Ла Нинья их бывает в три-четыре раза больше, чем при Эль Ниньо.

Достоверность наступления Эль Ниньо или Ла Нинья можно предсказать, если:

1. В районе экватора в восточной части Тихого океана образуется акватория более теплой воды, чем обычно (явление Эль Ниньо) или более холодной (явление Ла Нинья).

2. Сравнивается тенденция атмосферного давления между портом Дарвин (Австралия) и островом Таити (Тихий океан). При Эль Ниньо давление на Таити будет низким, а в Дарвине высоким. При Ла Нинья - наоборот.

Исследования позволили установить, что явление Эль Ниньо это не только простые согласованные колебания приземного давления и температуры воды океана. Эль Ниньо и Ла Нинья - наиболее выраженные проявления межгодовой изменчивости климата в глобальном масштабе. Эти явления представляют собой крупномасштабные изменения океанской температуры, осадков, атмосферной циркуляции, вертикальных движений воздуха над тропической частью Тихого океана и приводят к аномальным погодным условиям на земном шаре.

В годы Эль Ниньо в тропиках происходит увеличение осадков над районами к востоку от центральной части Тихого океана и уменьшение их на севере Австралии, в Индонезии и на Филиппинах. В декабре-феврале осадки больше нормы наблюдаются по побережью Эквадора, на северо-западе Перу, над южной Бразилией, центральной Аргентиной и над экваториальной, восточной частью Африки, в течение июня-августа на западе США и над центральной частью Чили.

Явление Эль Ниньо также ответственно за крупномасштабные аномалии температуры воздуха во всем мире.

В годы Эль Ниньо увеличивается перенос энергии в тропосферу тропических и умеренных широт. Это проявляется в увеличении термических контрастов между тропическими и полярными широтами, активизацией циклонической и антициклонической деятельности в умеренных широтах.

В годы Эль Ниньо:

1. Ослаблены Гонолульский и Азиатский антициклоны;

2. Заполнена летняя депрессия над югом Евразии, что является главной причиной ослабления муссона над Индией;

3. Больше, чем обычно развиты зимние Алеутский и Исландский минимумы.

В годы Ла Нинья усиливаются осадки над западной экваториальной частью Тихого океана, Индонезией, Филиппинами и почти полностью отсутствуют в восточной части океана. Больше осадков выпадает на севере Южной Америки, в Южной Африке и юго-восточной Австралии. Более сухие, чем нормальные, условия наблюдаются на побережье Эквадора, северо-западе Перу и экваториальной части восточной Африки. Во всем мире отмечаются крупномасштабные температурные отклонения от нормы с наибольшим количеством областей, испытывающих аномально прохладные условия.

За последнее десятилетие достигнуты большие успехи в комплексном исследовании явления Эль Ниньо. Это явление не зависит от солнечной активности, а связано с особенностями в планетарном взаимодействии океана и атмосферы. Установлена связь между Эль Ниньо и Южным колебанием (Эль Ниньо-Южное колебание - ЭНЮК) приземного атмосферного давления в южных широтах. Эта смена атмосферного давления приводит к существенным изменениям в системе пассатных и муссонных ветров и, соответственно, поверхностных океанических течений.

Явление Эль Ниньо все ощутимее влияет на мировую экономику. Так, этот феномен 1982-83 гг. спровоцировал страшные ливни в странах Южной Америки, нанес колоссальные убытки, экономика многих государств была парализована. Последствия Эль Ниньо ощутила половина населения Земли.

Самым сильным за весь период наблюдений было Эль-Ниньо 1997-1998 годов. Оно вызвало самый мощный за всю историю метеорологических наблюдений ураган, пронесшийся над странами Южной и Центральной Америки. Ураганный ветер и ливни смели сотни домов, были затоплены целые районы, уничтожена растительность. В Перу в пустыне Атакама, где дожди вообще случаются один раз в десять лет, образовалось огромное озеро площадью в десятки квадратных километров. Необычно теплая погода была зарегистрирована в Южной Африке, на юге Мозамбика, Мадагаскаре, а в Индонезии и Филиппинах царила небывалая засуха, приведшая к лесным пожарам. В Индии фактически не было обычных муссонных дождей, тогда как в засушливом Сомали количество осадков значительно превышало норму. Общий ущерб от стихии составил около 50 миллиардов долларов.

Эль Ниньо 1997-1998 годов существенным образом повлияло на среднюю глобальную температуру воздуха Земли: она превысила обычную на 0.44°С. В том же 1998 году на Земле была отмечена самая высокая средняя годовая температура воздуха за все годы инструментальных наблюдений.

Собранные данные свидетельствуют о регулярности возникновения Эль Ниньо с интервалом, колеблющимся от 4 до 12 лет. Продолжительность самого Эль Ниньо изменяется от 6-8 месяцев до 3 лет, чаще всего она составляет 1-1.5 года. В этой большой изменчивости заключены трудности прогнозирования феномена.

Влияние климатических явлений Эль Ниньо и Ла Нинья, а значит, и количество неблагоприятных погодных условий на планете, по данным специалистов-климатологов, будет возрастать. Поэтому человечество должно внимательно следить за этими климатическими феноменами и изучать их.

5. Глобальное потепление: реальность и прогноз

Глобальное потепление - процесс постепенного увеличения среднегодовой температуры атмосферы Земли и Мирового океана.

Последнее десятилетие XX века стало самым теплым за 100 лет наблюдений, а 1998 г. - самым теплым годом на Земле за все годы наблюдений. Темпы повышения температуры составляют примерно 0.15°C в десятилетие. Диапазон суточных температур уменьшается во многих точках земного шара. В среднем минимальные температуры возрастают примерно в два раза быстрее максимальных (0.2 против 0.1°C в десятилетие). Изменение климата сопровождается не только потеплением, но и возрастанием (в некоторых регионах уменьшением) количества выпадающих осадков.

С конца 60-х годов XX века наблюдается уменьшение продолжительности снежного и ледяного покрова на 10-15%, сокращение на две недели ежегодной продолжительности покрытия льдом озер и рек. Происходит повсеместное отступление горных ледников, а толщина льда в Арктике сократилась почти на 40%.

За XX столетие уровень Мирового океана повысился на 10-20 см. Причиной этого повышения явилось таяние полярных льдов, обусловленное глобальным потеплением. Глобальное потепление выражается и в росте числа особо жарких дней, засух, наводнений, резких оттепелей и заморозков, селей, сильных ветров.

Межправительственная группа экспертов по проблеме изменения климата (МГЭПИК) ООН и национальные академии наук стран «Большой восьмёрки» пришли к выводу, что с конца XIX века средняя температура по Земле поднялась на 0.6 ± 0.2°C. Тем не менее, точно неизвестно, насколько значительными будут дальнейшие изменения климата и что должно предпринимать человечество в свете этой проблемы.

Климатические системы изменяются как в результате естественных внутренних процессов, так и в ответ на внешние воздействия, как антропогенные, так и не антропогенные. Среди основных внешних воздействий - изменения орбиты Земли, солнечной активности, вулканические выбросы и парниковый эффект. Климатологи согласны в том, что в последнее время температура на Земле повысилась. Более спорной является причина этого повышения. Однако большинство ученых сходятся во мнении, что происходящее изменение климата вызвано деятельностью человека, в первую очередь выбросом газов, вызывающих парниковый эффект, таких как углекислый газ (CO₂) и метан (CH₄).

Изменение газового состава атмосферы способно существенно влиять на радиационный баланс Земли и, следовательно, изменять климат. Основным механизмом этого влияния является парниковый эффект. Приблизительно 30% приходящего солнечного излучения отражается от верхних слоев атмосферы и уходит назад в космос, но большая часть проходит сквозь атмосферу и нагревает поверхность Земли. Нагретая поверхность испускает инфракрасное излучение. Некоторые газы, входящие в состав атмосферы в относительно небольших количествах (0.1%) способны задерживать инфракрасное излучение. Их называют парниковыми газами, а само явление - парниковым эффектом.

Парниковые газы присутствовали в атмосфере почти на всем протяжении истории Земли, их баланс поддерживался за счет естественного круговорота в природе. В отсутствие парниковых газов температура воздуха у поверхности Земли была бы примерно на 30-33°С ниже, чем сейчас. Однако с интенсивным развитием промышленности концентрация парниковых газов начала экспоненциально расти. Тепловые электростанции, автомобильные выхлопы, заводские трубы и другие созданные человечеством источники загрязнения вместе выбрасывают в атмосферу около 22 миллиардов тонн углекислого газа и других парниковых газов в год. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год. Около половины всех парниковых газов, выброшенных человечеством, осталось в атмосфере.

Рис. 25. Изменения в климатической системе (МГЭПИК, 2002)

До начала эпохи промышленного развития (середина XVIII века) концентрации углекислого газа в атмосфере была равна 280 ppm (частиц на миллион), а теперь она увеличилась на 30% и достигла 368 ppm. Концентрация метана увеличились на 149%. Эти величины самые высокие за последние 420 000 лет - периода, для которого известны надёжные данные, полученные из ледников Земли. Около трёх четвертей всех антропогенных выбросов парниковых газов за последние 20 лет вызваны использованием нефти и угля. Бомльшая часть остального обусловлена изменениями ландшафтов, в первую очередь вырубкой лесов.

Если естественный парниковый эффект поддерживал атмосферу Земли в состоянии теплового баланса, благоприятного для существования животных и растений, то антропогенное увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере нарушает естественный тепловой баланс планеты за счет усиления парникового эффекта, и как следствие, вызывает глобальное потепление.

Прогнозы будущего роста концентрации углекислого газа в атмосфере существенно зависят от выбора стратегии развития промышленности, энергетики, транспорта и т.п. Согласно сценариям, к концу XXI столетия можно ожидать возрастание концентрации углекислого газа более чем в два раза по сравнению с современным. Эти прогнозы основаны на достаточно надёжных теориях и моделях углеродного цикла и данных мониторинга СО₂. Однако ситуация может существенно обостриться из-за антропогенного выброса других парниковых газов: метана, фреонов и др. В прошлом, при такой концентрации парниковых газов (средний плиоцен, 3-5 миллионов лет назад) климат существенно отличался от настоящего: среднеглобальная температура была на 4-5⁰С выше, отсутствовало оледенение Антарктиды, уровень океана был выше на несколько метров и т.п. Установление такого климата за короткий промежуток времени в несколько десятилетий привело бы к глобальной климатической катастрофе.

Возникает естественный вопрос: насколько опасны возможные изменения климата при том или ином сценарии развития глобальной экономики и каков безопасный уровень установившейся концентрации СО₂? Очевидно, только ответив на эти вопросы, можно обоснованно выбрать стратегию по предотвращению возможных негативных последствий изменения климата.

Для оценки изменения климата разрабатывают численные модели общей циркуляции атмосферы и океана, которые называются глобальными климатическими моделями. В моделях поведение климатической системы Земли рассчитывается по основным законам физики.

Глобальные климатические модели могут численно оценить влияние увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере на радиационный баланс Земли и позволяют использовать их для оценки будущего климата.

Если в моделях учитываются и естественные, и антропогенные факторы, то они вполне правдоподобно описывают уже произошедшие климатические изменения.

Распределение ожидаемых изменений во времени и пространстве называют климатическими сценариями. Разброс в оценках определяется сложностью моделирования и неопределенностью будущих концентраций парниковых газов в атмосфере.

Оценки, полученные по климатическим сценариям, на которые ссылается МГЭПИК, говорят, что средняя температура Земли между 1990 и 2100 годами может повыситься на величину от 1.4 до 5.8 °C. Это приведет к другим климатическим изменениям - подъёму уровня Мирового океана, изменениям в количестве и распределении атмосферных осадков. В результате могут участиться природные катаклизмы - наводнения, засухи, ураганы, понизиться урожаи сельскохозяйственных культур и исчезнуть многие биологические виды. Хотя потепление должно, по всей вероятности, увеличивать частоту и размах таких явлений, очень трудно однозначно связать какое-то конкретное событие с глобальным потеплением.

Последствия потепления климата будут ощущаться на Северном и Южном полюсах, где увеличившаяся температура приведет к таянию ледников и ледовых полюсных шапок. В северном полушарии снежный покров, вечная мерзлота и протяженность морского льда будут интенсивно уменьшаться. Уровень Мирового океана повысится на 9-88 см, что увеличит риск наводнений, произойдет затопление земель в прибрежных и островных государствах и, особенно, в дельтах рек.

Климатические зоны будут сдвигаться к полюсам. Среднее количество атмосферных осадков увеличится, но в отдельных регионах возможно как увеличение, так и уменьшение осадков. На большинстве территорий, где вероятно увеличение среднего количества осадков, будут наблюдаться значительные межгодовые колебания, чередование засух и наводнений.

Негативные воздействия, согласно прогнозам, будут преобладать на большей части земного шара, особенно в зоне тропиков и субтропиков, в которой находится большинство развивающихся стран. Ожидается обострение проблемы недостатка воды в засушливых регионах.

Потепление и повышение уровня моря приведут к изменению экологической продуктивности экосистем при возрастающем риске исчезновения некоторых видов растений и животных. Наибольшая опасность грозит особенно чувствительным экосистемам, таким как коралловые рифы, мангровые леса, высокогорные экосистемы, природные пастбища и экосистемы районов вечной мерзлоты. В первую очередь пострадают коренные народы и местные сообщества, которые напрямую зависят от среды обитания.

Воздействие увеличения концентрации СО₂ повысит первичную продуктивность растений. Однако ожидается, что в экосистемах будет происходить больше значительных нарушений из-за пожаров, засухи, нашествия вредителей.

На территориях с умеренным климатом урожаи будут возрастать при небольших повышениях температуры, но начнут снижаться при более значительных изменениях. В большинстве тропических и субтропических регионов урожаи будут снижаться практически при любом повышении температуры.

Рыболовство - отрасль мирового хозяйства, которая чутко реагирует на изменения климата. Влияние глобальных климатических изменений на морское рыболовство еще мало исследовано. Считается, что быстрое изменение температуры воды и содержания в ней растворенного кислорода приведут к увеличению популяций мелких, не имеющих высокой экономической ценности рыб. Ухудшатся условия воспроизводства проходных лососевых рыб, заходящих для нереста в реки. В то же время потепление климата благоприятно скажется на развитии аквакультуры.

Глобальные изменения климата, затронут энергетику. Возрастет потребление электроэнергии на нужды охлаждения. Сокращение речного стока в целом может негативно сказаться на выработке электроэнергии на ГЭС. Резко усложнятся условия добычи нефти и природного газа в районах с вечной мерзлотой.

Существенные изменения, затронут и сферу транспорта. Прежде всего, увеличится продолжительность навигации по морям Северного Ледовитого океана, и Северный морской путь станет функционировать дольше - до 4 месяцев в году. Снизятся расходы на проведение ледокольных операций. Но таяние вечной мерзлоты на огромных пространствах Евразии сопряжено с риском нарушения инженерно-геологических условий, что может резко увеличить финансовые затраты на поддержание железных и автомобильных дорог в безопасном состоянии.

Лесные и торфяные пожары приведут к увеличению загрязнения атмосферного воздуха в городах и, следовательно, к увеличению риска хронических заболеваний и смертности среди больных. Изменение климата отрицательно повлияет на здоровье людей, особенно в тропических и субтропических странах при увеличении стресса от воздействия жары, при наводнениях и штормах, через воздействие переносчиков болезней. Ожидается увеличение смертности от инфекционных болезней, таких как малярия, лихорадка, холера. Однако существует и другие мнения о причинах потеплении климата, в том числе:

- наблюдаемое потепление находится в пределах естественной изменчивости климата и не нуждается в отдельном объяснении;

- потепление явилось результатом выхода из холодного Малого ледникового периода;

- потепление наблюдается слишком непродолжительное время, поэтому нельзя достаточно уверенно сказать, происходит ли оно вообще.

В настоящее время ни одно из этих альтернативных мнений не имеет заметного числа сторонников среди учёных-климатологов, а часть ученых вообще полагает, что влияние человеческой деятельности на изменения климата незначительно. Возможные последствия глобального потепления климата многоплановы и взаимосвязаны, они затрагивают многие стороны жизни и деятельности человека. Несмотря на неопределенность многих климатических прогнозов, проявления современного потепления климата будут разными в различных регионах планеты. Не все изменения будут иметь отрицательный характер, некоторые из них могут оказаться полезными для людей. Вопрос состоит лишь в том, сможет ли человек эффективно адаптироваться к ним и научиться жить в изменившейся окружающей среде.