ANNEE GEOPHYSIQUE INTERNATIONALE
1957
1958
INTERNATIONALE GEOPHYSICAL YEAR
История науки
Исследование климата Земли от МГГ до наших дней
И. Л. КАРОЛЬ,
доктор физико-математических наук А. А. КИСЕЛЁВ,
кандидат физико-математических наук Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова (Санкт-Петербург)
Международный геофизический год (МГГ) -отправная точка отсчета в становлении многих современным наук о Земле, в том числе и таких, как химия атмосферыI, спут-никовы/е метеорология и климатология. В последовавшем за МГГ десятилетии была значительно расширена мировая сеть метеорологических станций, начались регулярны/е измерения содержания в атмосфере углекислого газа, возникли международны е проекты ком-плексны/х измерительны/х программ. В те же 1960-е гг. ведущие мировы/е державыI провели очередную серию ядерны/х испытаний, а затем мониторинг попавших в окружающую
ТРИ КЛЮЧЕВЫХ МОМЕНТА
Еще в 1974 г. "патриарх" отечественной и мировой
среду радиоактивны/х продуктов ядерны/х взрывов. Анализ их распространения наглядно показал, что наступил момент,
климатологии, возглавлявший в период МГГ Главную геофизическую обсерваторию (ГГО) им. А.И. Воейко-
когда антропогенное влияние на природную среду стало заметны м не только в локальном, но и в глобальном масштабе.
ва, академик М.И. Буды-ко в книге "Изменение климата" (1974) констатировал: "...сейчас не суще-
70
© Кароль И.Л., Киселёв A.A.
Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова в Санкт-Петербурге, основанная более 150 лет назад, в период МГГ была своеобразным центром российских климатологов. В ней разрабатывались методики наблюдений на станциях МГГ и шла обработка результатов.
ла быть решена лишь с помощью приближенных численных методов. Поэтому практическое применение моделей было ограниченным. И вот спустя полвека появление нового поколе-ствует общепринятого мне- ны в 1930-е гг. в ГГО им. ния моделей общей цирку-ния о причинах изменений А.И. Воейкова математи- ляции атмосферы оказа-и колебаний климата как ками Н.Е. Кочиным и в лось подкреплено широ-для современной эпохи, 1940-е гг. - И.А. Кибелем. ким внедрением компью-так и для геологическо- Но сложная система урав- теров, мощность которых го прошлого". К середине нений, входивших в эти уже позволяла ставить и 1970-х гг. сложилась ситу- модели, не имела анали- решать задачи такого ация, когда на основе на- тического решения и мог- класса. копленной за предыдущие годы метеорологической и климатологической информации стал возможным и востребованным серьезный прогресс в теоретических изысканиях. В дальнейшем развитии большинства наук о Земле сыграли (и продолжают играть) определяющую роль три ключевых момента.
Во-первых, революционный прорыв в области компьютерной техники в последней четверти XX в. создал предпосылки для развития численного математического моделирования. Напомним, что первые гидродинамические модели атмосферы созда-
Академик Михаил Иванович Бу-дыко (1920-1981), директор ГГО им. А.И. Воейкова в период МГГ.
Во-вторых, в последние 50 лет для сбора метеорологической информации начали широко использовать искусственные спутники Земли. В последующие десятилетия был организован и успешно проведен ряд международных программ, направленных на получение, архивацию, обработку и анализ спутниковой информации. Осуществление этих программ стало реальным, поскольку мировое сообщество постепенно осознало важность изучения эволюции среды нашего обитания. Преимущества такого способа сбора необходимой информации очевидны. Информация поступает регулярно, измерениями охватываются многие труднодоступные области планеты.
В-третьих, результаты наблюдений в 19601970-х гг. и опыт интернационального сотрудниче-
Проверка озонометров на крыше Актинометрического павильона ГГО (пос. Воейково) перед их отправкой на станции озоно-метрической сети.
ства со всей очевидностью показали, что целесообразно, более того - жизненно необходимо! - объединение усилий всех экономически развитых государств по изучению окружающей среды и ее охране. Первой ласточкой в признании коллективной ответственности за состояние окружающей среды стало принятие Венской конвенции ООН (1992) по изменению климата. В последующие годы возникли многие исследовательские проекты, инициированные или патронируемые либо международными организациями (например, Всемирной метеорологической организацией,
Актинометрический павильон ГГО в поселке Воейково, под Санкт-Петербургом, где в период МГГбыли начаты регулярные измерения содержания озона в атмосфере.
ВМО), либо правительствами ведущих мировых держав. В СССР во главе этих исследований стоял директор ГГО, климатолог, физик атмосферы и эколог, лауреат Ленинской премии и Международной премии "Голубая планета" академик М.И. Будыко.
ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ
МЕЖДУНАРОДНЫХ
ПРОГРАММ
Первым после МГГ глобальным проектом изучения атмосферы в 1960-х гг. стала Программа исследований глобальных атмосферных процессов (ПИ-ГАП, Global Atmospheric Research Program - GARP). Задача проекта - получение согласованных полей метеорологических элементов в различных уголках земного шара. Она состояла из нескольких подпрограмм, а первую крупную ее часть составлял
Наблюдения прямой солнечной радиации по актинометру в Антарктиде. Обнаружены высокие ее величины, в чем заключается один из парадоксов ледяного материка.
Тропический эксперимент TROPEX (1975), в ходе которого измерения проводились в тропической зоне Атлантического океана, у западного африканского побережья с участием почти десятка научно-исследовательских судов и нескольких самолетов-лабораторий (СССР, США, страны Западной Европы). Другой подпрограммой ПИГАП, выполнявшейся в течение всего 1979 г., был Первый глобальный эксперимент (ПГЭП). Отсюда берут свое начало современные массивы глобальных метеорологических данных.
Всемирная программа исследования климата ВПИК (World Climate Research Program - WCRP) интенсивно разрабатывается с конца 70-х гг. XX столетия; в нее включен ряд крупных разноплановых наблюдений. Так, проект Тропический океан-Глобальная атмосфера (Tropical Ocean Global Atmosphere - TOGA) завершился к 1990 г. полным описанием явления Эль-Ниньо в тропической части Тихого океана (Земля и Вселенная, 1998, № 4). В соответствии с экспериментом "Глобальный энерго-вла-гообмен" (ГЭВЭКС) с 1989 г. ведутся измерения процессов взаимодействия между атмосферой и поверхностью суши в ряде
регионов Земли. С 1992 г. программы "Стратосферные процессы и их роль в климате" (Stratospheric Processes and their Role in Climate - SPARC), "Изменчивость климата" (Climate Variability and Predictability - CLIVAR) и ряд других координируют усилия ученых развитых и крупных развивающихся стран (Китай, Индия) в исследованиях отдельных составляющих климатической системы и их взаимодействий в разных регионах. В Научно-организационном комитете, как и в самой ВПИК, ныне активно работают специалисты разных стран, включая Россию.
Составными частями подпрограмм ВПИК стали спутниковые измерения. Начатые в 1960-1970-х гг. с помощью спутниковых систем США, СССР, а ныне и других стран проводятся глобальные измерения температуры атмосферы и
подстилающей поверхности, влажности почвы, радиационных свойств облаков и поверхности суши, газового и аэрозольного состава атмосферы и т.п. Со спутников получены сведения также об интенсивности осадков на морях и океанах и о глобальных распределениях уровней океанов по земному шару, позволившие количественно уточнить водообмен между океанами, определяемый обычно по данным о поверхностных дрейфовых (ветровых) течениях.
Значительное внимание ВПИК уделяет модельным исследованиям и составлению архивов данных. Специальная рабочая группа по численному экспериментированию, организованная еще в системе ПИГАП, создала подпрограммы по сравнению моделей глобальной циркуляции (атмосферы и совместной атмосфера-оке-
ан), что необходимо для сертификации моделей -мощного современного инструмента климатологии и метеорологии.
Помимо этих международных, в основном глобальных, измерительных программ в последние десятилетия проводились многие, ограниченные в пространстве и времени, "полевые" эксперименты. В них участвовали специалисты США, Канады, Западной Европы, Японии и использовались наземные самолетные, аэростатные, ракетные и иногда спутниковые измерения, чаще в полярных регионах. Например, Программа наземных и самолетных измерений озона в Антарктике (Antarctic Airborne Ozone Experiment - AAOE), созданная в 1987 г., посвящалась исследованию "озонной дыры" в весенней стратосфере над ледовым материком. Объяснение феномену было найдено.
Существенное достижение методов измерений -определение климатических характеристик (не только температуры, но и
состава атмосферы) в прошлые ледниковые и межледниковые периоды. Новые прецизионные методы позволили определять концентрацию таких "малых газов", как углекислый газ и метан, в пузырьках воздуха в годичных слоях материковых льдов Антарктики и Гренландии, а также изотопы кислорода 180 и дейтерия 2Н (их содержание измерялось еще и в слоях донных отложений в некоторых регионах Мирового океана). В последние годы были получены временные ряды температуры приземного воздуха, содержания углекислого газа и метана, нерастворимой минеральной пыли за четыре последних ледниковых и межледниковых периода (по данным станции "Восток", всего за 420 тыс. лет). В ледниковые периоды снижение температуры в полярных областях сопровождалось изменением содержания в воздухе тех или иных газов. Этим подтверждается тесная связь климата с содержанием в атмосфере парниковых газов. Кроме
Запуск метеорологического радиозонда на станции "Восток-1" (Антарктида) в период МГГ.
того, такие сведения позволяют изучить и установить связи характеристик палеоклимата с колебаниями параметров орбиты Земли: эксцентриситета, угла наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты (то есть с механизмом Миланковича).
В конце 1980-х гг. начала работу Межправительственная группа экспертов по изменениям климата МГЭИК (Intergovernmental Panel on Climate Change -IPC
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.