Часть 2. Кухня погоды

Некоторые свойства воды делают ее уникальным инструментом регулирования климата на нашей планете. Например, высокая удельная теплоемкость – энергия, которую необходимо сообщить телу для повышения его температуры на данную величину, поддерживает температуру Земли стабильной. Ведь энергия, требующаяся для нагрева воды, почти в десять раз больше, чем для такой же массы железа, и вся она впоследствии выделяется при остывании. Таким образом, большое количество воды на нашей планете компенсирует резкие скачки температуры в прибрежных районах. С другой стороны, континенты нагреваются и остывают довольно быстро, что и хорошо в комбинации с относительно стабильной температурой водных масс. В результате разные части атмосферы нагреваются по-разному, порождая движение воздушных масс, а это очень важно в глобальной климатической картине перераспределения тепла и атмосферной влаги.

Климатологи уже давно предполагают, что у нашей планеты есть своя собственная «кухня» климата. Но вот где она? Мнения разделились, но последнее время метеорологи все чаще указывают на южный ледовый континент. Антарктиду по праву называют континентом холода, ведь даже летом средняя температура здесь колеблется вблизи 30^о мороза, а зимой мороз достигает 90^о. Огромный материк покрыт многокилометровым вековым ледяным щитом, под которым обнаружены следы… тропических растений и организмов – остатки древней Гондваны. Этот гигантский материк многие миллионы лет занимал значительную часть Южного полушария, пока тектонические процессы не раскололи его. Сначала от него отделилась Южная Америка, а затем Африка. Оставшаяся часть Гондваны 50 млн лет назад поплыла к югу и раскололась на Австралию и Антарктиду.

В те времена к побережью нынешнего ледового континента океанские течения несли теплые воды из тропиков, и на скалах росли даже буковые леса. Но со временем рельеф океанского дна изменился, и вокруг Антарктиды закружило мощное кольцевое течение, преградив путь теплу.

С этого момента Антарктида стала «работать» как гигантская холодильная машина, и к ней, в область пониженного давления, стали стекаться воздушные течения. По пути они впитывали испаряющуюся с поверхности океана влагу и сбрасывали ее в виде снега, который копился и прессовался в мощнейший ледовый щит. Если бы он весь оставался на континенте, то последний представлял бы собой гору выше Эвереста – она росла бы до тех пор, пока вершина не поднялась бы над облаками, несущими влагу. Но Антарктида слишком мала, чтобы удержать на себе весь тот лед, который сама же производит. И его глыбы изо дня в день, из года в год, из века в век сползают с берегов в океан, превращаясь в айсберги.

Самые крупные из этих плавающих ледовых полей имеют размеры в тысячи километров. Течения выносят их далеко за пределы Южной полярной области, где начинается их таяние, отбирающее тепло у океана. В свою очередь ледяная талая вода опускается на дно, заполняя глубинные океанские впадины, – так океан, остывая, отбирает тепло у воздушных масс и понижает среднюю температуру атмосферы.

Итак, Антарктида работает как мощная морозильная камера. Казалось бы, за миллион лет она должна была уже заморозить всю Землю. Почему же этого не случилось? Ответ на вопрос может дать обыкновенная географическая карта. Видно, что на поверхности планеты шестой континент занимает весьма скромную площадь. Во всяком случае, намного меньше территории тропиков, куда Солнце непрерывно выбрасывает огромное количество тепла. Это тепло и согревает Мировой океан. И хотя его теплые течения не могут пробиться к Антарктиде, за пределами кольца он парирует ее холодное дыхание. Словом, по логике вещей между океаном и Антарктидой должно существовать равновесие. Что же тогда служит причиной изменения климата?

Может быть, это подземные озера, ослабляющие сцепление ледяного панциря с его ложем. В ходе их роста и происходит периодический сброс айсбергов в океан. В результате образуются обширные пространства, отражающие солнечные лучи, температура понижается, и в Южном полушарии возникают центры охлаждения атмосферы…

Последние исследования шестого континента предлагают парадоксальный сценарий глобального потепления, плавно переходящего в глобальное похолодание, ведь увеличение ледосброса вызовет резкое похолодание. Но в одном гипотезы потепления и похолодания совпадают: в любом случае быстрое таяние льдов приведет к значительному повышению уровня Мирового океана…

Великий русский ученый Ломоносов писал: «Человеку ничего не осталось бы требовать от Бога, если бы он научился правильно предсказывать погоду». К сожалению, проблема долговременных метеопрогнозов до сих пор не решена. Причем если для суточного метеопрогноза достаточно региональных метеоданных, то для недельной картины климатических изменений уже требуются сведения о глобальном состоянии всей атмосферы планеты. Если учесть, что большая часть поверхности Земли занята океанами, то наиболее эффективным средством сбора оперативной информации, конечно же, становятся метеоспутники. Именно поэтому так важен международный орбитальный патруль погоды, оснащенный телевизионной аппаратурой, передающей изображения поверхности и атмосферы во всех диапазонах. Анализ глобального распределения облачности позволяет видеть струйные течения, атмосферные фронты, скопления кучевых облаков и, самое главное, вовремя определять центры зарождения ураганов и тайфунов.

Анализ телевизионных инфракрасных изображений облачного покрова позволяет оценивать погодные условия скорости восходящих и нисходящих потоков воздуха и направление ветров. Климатологам также важно знать температуру земной поверхности, морей и океанов, а также тропосферы (нижних слоев атмосферы) над ними.

Оборудование метеоспутников включает и приборы для измерения отраженной земной поверхностью энергии, ведь главный источник тепла на нашей планете – солнечная радиация. Составляя тепловой баланс Земли, ученые не только определяют закономерности крупномасштабных атмосферных процессов, но и открывают новые факты об активности нашего светила, изменения солнечной постоянной. Оказалось, что климатологи до сих пор недооценивали величину поглощаемой солнечной радиации, избыток которой «усваивается» Мировым океаном.

Термическое зондирование атмосферы со спутников, однако, отнюдь не просто, даже математически. Здесь мы сталкиваемся с классом некорректных задач, не имеющих однозначного решения, трудности можно преодолеть только с помощью мощнейших вычислительных комплексов.

Важная составная часть программы исследований атмосферы из космоса – определение вертикального профиля концентрации аэрозоля (пылевых частиц) в атмосфере. Известно, например, что загрязнение атмосферы после вулканических извержений всегда приводило к значительному уменьшению эффективности солнечной радиации на земной поверхности и заметному изменению теплового режима атмосферы.

Не менее важную роль играют и спутниковые «медицинские» карты климатических изменений, ведь еще в глубокой древности было замечено влияние климата и погоды на течение многих, особенно сердечно-сосудистых, заболеваний. Впрочем, каждый из нас может привести множество примеров в подтверждение того, как меняется самочувствие при резком похолодании или, скажем, перед грозой.