Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?
Шрифт:
Спутники первого вида над тем или иным районом находятся примерно в одно и то же время (за счет синхронизации скорости вращения спутника со скоростью вращения Земли). Размещенная на них аппаратура позволяет получать снимки достаточно большого разрешения, охватывающие на местности полосу около 1000 км; в некоторых случаях можно разглядеть даже движущуюся машину. Геостационарные спутники находятся в фиксированном положении относительно одной и той же точки на экваторе, так как на высоте их вращения орбитальная скорость спутника совпадает со скоростью вращения Земли. Эти спутники могут обеспечивать почти непрерывные наблюдения за участками земного шара, находящимися в их зоне видимости. Однако снимки с них имеют гораздо меньшее разрешение (видны только
Со спутников ведутся телевизионные, инфракрасные, микроволновые, радарные и лазерные съемки. Они помогают получить информацию об облачности, снежном и ледяном покрове, температуре, влажности, отражательной способности почвы, компонентах радиационного баланса Земли и атмосферы, эволюции туманов, дрейфа айсбергов. Новые косвенные методы позволяют определять с помощью снимков многие производные характеристики, например осадки и ветер, вертикальное распределение температуры и влажности.
На рис. 24 изображена существовавшая в 2004 г. система метеорологических спутников Земли, состоявшая из 8 геостационарных спутников (США, России, Индии, Японии, Китая, Европейского космического агентства и полярных спутников США и России).
В РФ к настоящему времени не осталось спутниковых систем, измерения с которых можно было бы использовать для наблюдений за климатом. С этой целью работают спутники США и ЕС, но два российских геостационарных спутника готовятся к запуску.
Рис. 24. Система метеорологических спутников Земли в 2004 г.
* EUMETSAT – Европейская организация по эксплуатации метеорологических спутников
Дополняет атмосферный мониторинг система радиолокационных наблюдений (наблюдений с помощью метеорологического радиолокатора), поставляющая сведения о полях облачности и связанных с ними явлениях погоды (гроза, град, ливневые осадки и др.) в радиусе до 300 км. В нашей стране функционирует более 100 радиолокационных станций в окрестностях аэропортов и больших городов. Наблюдения по полной программе проводятся 8 раз в сутки или даже чаще (при сложной метеорологической обстановке). В результате обработки и анализа первичной радиолокационной информации получают карты облачности и явлений погоды, на которых отмечаются горизонтальные размеры и вертикальная протяженность облачности, направление и скорость перемещения облачных систем, грозовые явления.
Важные сведения о состоянии нижнего слоя тропосферы поставляют также наблюдения, организуемые на различных высотных сооружениях (мачтах, вышках, башнях). Впервые такие наблюдения были проведены в 1908 г. в Париже на Эйфелевой башне. В России одной из наиболее высоких (536 м) является Останкинская телебашня в Москве, на которой метеорологические измерения производятся на 8 уровнях высоты (от 15 до 503 м). Аналогичные наблюдения осуществляют в Обнинске (высота башни 310 м), в Хабаровске, Иркутске и Новосибирске. С помощью приборов, установленных на этих башнях, регистрируются температура, влажность воздуха, скорость и направление ветра.
В ряде стран получил распространение метод горизонтального зондирования атмосферы с помощью аэростатов (трансзондов), переносимых ветром на одной постоянной заданной высоте. Научная аппаратура аэростатов состоит из приборов, позволяющих измерять плотность, давление и температуру воздуха, напряженность электрического поля, содержание озона и других примесей. Важным достоинством трансзондов является возможность с их помощью изучать направление и скорость воздушных течений. В США и Франции разработаны специальные программы массовых запусков
В дополнение к сети метеорологических и аэрологических станций, наблюдающих за атмосферой и тесно связанными с ней отдельными элементами поверхности суши и вод (осадки, температура и влажность почвы и т. д.), существуют другие науки о Земле, «ответственные» за мониторинг прочих составляющих климатической системы. В частности, изучением различных видов вод суши занимается гидрология. Существует сеть станций (постов), обеспечивающая гидрологические наблюдения за поверхностными (реки, каналы, озера, болота, водохранилища, оросительные системы) и подземными водами. Этой сетью руководит Государственный гидрологический институт в Санкт-Петербурге. В настоящее время гидрологический мониторинг в России ведется почти на 3000 постах. Примерно 2700 из них расположены на реках, а около 300 – на озерах и водохранилищах. Реперными (опорными) являются половина этих постов, почти неизменных в последние десятилетия. В крупных гидрологических обсерваториях имеются приборы для измерения скорости испарения воды.
Метеорологические и гляциологические (ледниковые) наблюдения ведутся на полярных станциях – стационарных и подвижных (экспедиционных). Большинство из них находится в ведении Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) в Санкт-Петербурге. ААНИИ ведет также исследования морей Северного Ледовитого океана с его островами и российской части побережья в Восточном полушарии. Широко известна работа станций на дрейфующих льдинах, ведущаяся в нашей стране с 1937 г. (знаменитый дрейф на станции «Северный полюс-1» четырех зимовщиков во главе с И. Д. Папаниным).
Упомянем и о наблюдениях в океане, проводимых с помощью кораблей, а также с использованием дрейфующих буевизмерителей для мониторинга состояния Мирового океана и долговременного прогноза погоды (международный проект ARGO, стартовавший в 2000 г.).
Для изучения климата обобщаются результаты всех видов метеорологических наблюдений. Первоначально вычисляются средние месячные и годовые значения метеорологических величин, и подсчитывается число случаев различных атмосферных явлений. Данные наблюдений за многолетний период подвергаются климатологической (статистической) обработке. Рассчитываются средние многолетние значения метеорологических величин, характеристики их изменчивости и динамики (средние квадратические отклонения, корреляционные и спектральные функции и др.), составляются одномерные и многомерные статистические распределения у земли, в почве и на различных высотах в атмосфере. Эту информацию помещают в климатические и агроклиматические справочники. Она используется для исследования климата, его изменений и проверки моделей климата. Систематические обобщения радиолокационных и спутниковых наблюдений, увы, отсутствуют, несмотря на наличие большого материала. Однако выполнен ряд научных работ по данным этих наблюдений, например построены карты облачности по миру, ледовых полей в Арктике, полей осадков и др.
Теперь о мониторинге факторов, формирующих климат. Наблюдения за такими факторами и их анализ приобретают сегодня особое значение, так как их состояние и изменения определяют характер и время наступления ожидаемых изменений климата атмосферы и у земной поверхности. Ранее мониторинг наиболее важных из этих факторов (содержания основных парниковых газов в атмосфере, температуры поверхности океана, радиационных свойств подстилающей поверхности) вообще не проводился. Наблюдения за солнечной радиацией и аэрозольной мутностью атмосферы велись на ограниченном числе станций, их результаты редко использовались в климатических исследованиях. Время от времени проводились экспедиционные обследования материковых и горных ледников, измерения же площадей снежного покрова и морских льдов в Арктике и Антарктике начались лишь недавно.