Общая характеристика

Для понимания изменений климата важно знать его эволюцию на протяжении всей истории существования нашей планеты, т. е. более чем за 4,5 млрд. лет. Эти изменения, длившиеся миллионы лет, происходили как за счет астрономических факторов и геохимической эволюции земной атмосферы, так и за счет движения континентов, смещения полюсов, изменения скорости вращения Земли и др. Имели место и более короткие периоды изменения климата — десятки и сотни тысяч лет, наблюдались также колебания, измерявшиеся тысячелетиями, столетиями и десятилетиями.

Хотя климатология — одна из старейших научных дисциплин, она пока еще не в состоянии объяснить климаты прошлого, а тем более будущего, даже с помощью методов физического анализа и результатов математического моделирования. Лишь в середине текущего столетия наука начала переходить от стадии описания климата к стадии его объяснения и то на весьма скромной теоретической базе. Иллюстрацией данного положения является хорошо известный и до некоторой степени парадоксальный факт, что само определение понятия «климат» неоднозначно и вызывало весьма оживленные и острые дискуссии. На этом имеет смысл остановиться несколько подробнее.

Говоря об истории климата, следует четко себе представлять, какой смысл мы вкладываем в это понятие. К настоящему времени известно около 60—70 определений понятия «климат». Сам термин, буквально означающий наклонение солнечных лучей, был введен древнегреческим астрономом Гиппархом (190—120 гг. до н. э.). Затем это понятие развивалось древнегреческими учеными. Примерно до конца XVIII в. господствовало мнение, что климат определяется высотой солнца над горизонтом. Согласно этому представлению существовало девять климатов. Первый относится к полосе на 12 градусов широты к северу и югу от экватора, остальные климаты разделялись кругами широт через 5,5°. Все, что было севернее 50° с. ш., причислялось к девятому климату, в то время считавшемуся необитаемым. Южное полушарие, о котором ничего не было известно, вообще ни к какому климату не причислялось.

В дальнейшем было принято другое деление. Земля делилась на 36 климатов по обе стороны от экватора. Район вблизи экватора, где разность между наибольшими и наименьшими днями в году составляла до 1 часа, относился к первому климату. Там, где эта разность была 1-2 часа, — ко второму и т. д. до 24-го климата. Кроме того, между полюсом и полярным кругом было еще 12 климатов. Там, где солнце не заходит до одного, полутора, двух, двух с половиной месяцев, полагали 26—29-й климаты вплоть до 36-го у полюса, где солнце не заходит шесть месяцев.

В скором времени люди, однако, убедились, что средние условия погоды в этих, так называемых одинаковых климатических зонах разные, и начали искать тому объяснения. Появились новые определения климата. Наиболее полное было дано А. Гумбольдтом в 1831 г., и затем в 1845 г. в его известной книге «Космос». По Гумбольдту, слово «климат» прежде всего обозначает «специфическое свойство атмосферы, которое зависит от непрерывного совместного действия подвижной поверхности моря, изборожденной течениями противоположных температур, излучающей тепло сушей, которая определяет громадное разнообразие в отношении своей орографии, окраски и состояния покрова». Но и это определение продержалось недолго. С 70-х годов XIX в. климат трактуется уже «как общее состояние погоды в определенном месте или в определенной стране, или, точнее говоря, совокупность средних величин и свойств всех метеорологических элементов есть не что иное, как то, что называют климатом какого-либо места».

Однако в 20—30-х и в конце 40-х—начале 50-х годов вновь разгорелись жаркие дискуссии по климату. И лишь в 70-х годах было дано определение понятия климата как совокупности статистических свойств климатической системы за достаточно длительный, но ограниченный промежуток времени. Большинство исследователей сходятся на том, что период осреднения должен быть от нескольких лет до 10 и даже 30. Имеются серьезные основания относить к климату все то, что не может быть выражено в терминах погоды, особенно в части прогноза. Под погодой при этом понимается совокупность значений метеорологических элементов в любой точке трехмерного пространства в любой момент времени. В такой трактовке существует предел предсказуемости погоды, исчисляемый двумя-тремя неделями. За пределами предсказуемости может идти речь о прогнозе лишь осредненных характеристик, т. е. о прогнозе климата. В свою очередь климатическая система включает следующие компоненты, находящиеся между собой в сложном взаимодействии: атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу (вода в замерзшем состоянии), биосферу.

Климат каждой эпохи (периода) определяется на основе климатических выборок за данную эпоху или данный период. Таким образом, для характеристики климата Земли и описания его истории необходимо знать совокупность статистических свойств всех компонентов климатической системы. В то же время известно, что наша планета существует примерно 4,7 млрд. лет, а период самых длительных регулярных инструментальных метеорологических наблюдений насчитывает 100—150 лет, и лишь по отдельным пунктам он составляет более 200 лет. Спутниковые и некоторые другие специальные виды наблюдений имеют еще более короткие ряды, порядка 10—15 лет.

Вполне понятно, что проследить за историей климата Земли можно только по ограниченному количеству показателей не для всей климатической системы, а для отдельных ее компонентов и в основном с использованием косвенных методов и косвенных признаков. Несомненно, в большей степени нас будет интересовать климат не безжизненной Земли, а последних нескольких миллионов или десятков миллионов лет, когда появилась биосфера.

Главную информацию о климате прошлого дают геологические источники, экологическая интерпретация палеобиологических материалов, т. е. макро- и микроостатков растений, включая пыльцу, споры и др., а также животных, погребенных в отложениях различного возраста на континентах, на дне океанов и морей. Кроме того, изучаются древние ископаемые почвы, коры выветривания и различные континентальные отложения.

Существенными видами косвенной информации являются дендрологические, археологические, исторические и другие данные, относящиеся к последнему периоду истории Земли.

В самое последнее время начали широко использоваться геохимические, главным образом изотопные методы анализа, позволяющие количественно интерпретировать некоторые характеристики климата. В соответствии с имеющимися представлениями на Земле было не менее трех крупных ледниковых эпох, последняя около 650 млн. лет назад.

Примерно в течение последних 20 млн. лет распределение материков и океанов на нашей планете стало напоминать настоящее. За это время земная атмосфера прошла существенную эволюцию. Мы не будем детализировать климат первых 4 млрд. лет истории Земли (докембрий) и последних 570—650 млн. лет (фанерозой). Отметим только, что в течение различных геологических эпох наблюдались теплый каменноугольный период в палеозое, около 300 млн. лет назад, холодный — в мезозое, около 200 млн. лет, теплый — в третичном периоде, около 70 млн. лет назад. Более или менее надежные косвенные данные имеются о климате Земли за последние 2 млн. лет (четвертичный период).

Климат четвертичного периода

Характерной чертой четвертичного периода является формирование биосферы, т. е. тонкой воздушной, водной и почвенной оболочек земного шара, в которых существует жизнь. Биосфера образовывалась в течение миллионов лет из безжизненной геосферы, развивавшейся несколько миллиардов лет. Именно по этой причине в отличие от климатов глубокой древности, когда биосфера отсутствовала, климатические условия четвертичного периода могут соответствовать диапазону возможных изменений климата в будущем.

Последние 1,5—2 млн. лет характеризовались чередованием длительных ледниковых периодов средней продолжительностью 70—120 тыс. лет с более короткими межледниковыми периодами по 15—20 тыс. лет. Предпоследний теплый межледниковый период отмечался 75—120 тыс. лет назад. История цивилизации приходится на последний межледниковый период, начавшийся примерно 10—15 тыс. лет назад, в конце которого мы в настоящее время живем. Этот период получил название голоцена.

Согласно палеоклиматическим данным в течение последних 2 млн. лет средняя температура Земли была близка к нынешней, т. е. порядка 15° С, и колебалась в пределах ±5÷10° С при переходе от ледниковых к межледниковым периодам. На рис. 1 приведены результаты модельных расчетов температуры Земли за последние 4,5 млн. лет. Следует иметь в виду, что и для этого времени термин «ледниковый-межледниковый» периоды не означал, что Земля полностью покрыта льдом или свободна от него. Есть основания полагать, что Северный Ледовитый океан никогда не был полностью свободен ото льда, а Антарктический континент всегда покрывался ледовым панцирем.

Наиболее подробные данные благодаря бурению и анализу колонок континентальных льдов в Гренландии, Антарктиде и других районах земного шара имеются о климате последних 150 тыс. лет. Точность анализа колонок льда для периода последних 50 тыс. лет существенно повысилась в результате применения методов радиоуглеродного анализа данных о вариациях отношения изотопов 18O/16O.

На рис. 2 приведены результаты анализов климата Земли за последние 130—140 тыс. лет. Одна кривая характеризует результаты анализа колонок льда в Гренландии по кислороду, другая — в горах Франции — по радиоуглероду. Оба анализа независимо друг от друга указывают на наличие последнего ледникового периода примерно 15—80 тыс. лет назад и наступление 10—15 тыс. лет назад последнего межледникового периода. Чередование этих периодов происходило в северном и южном полушариях.

Наиболее полно этот вопрос исследован при осуществлении американской программы Climap (картирование климата). Были восстановлены ландшафты, температура поверхности воды, орография за последние 450 тыс. лет и более подробно за последний ледниковый период плейстоцена. Методами спектрального анализа различных косвенных показателей климата были установлены три периодичности колебаний климата.

Период в 100 тыс. лет связан с практически таким же периодом колебания эксцентриситета земной орбиты (отношения фокального расстояния от Солнца до Земли к длине главной оси земной орбиты). Периодичность приблизительно в 40—43 тыс. лет связана с периодическими изменениями угла наклона плоскости экватора к плоскости орбиты Земли. Третий период порядка 19—23 тыс. лет связан с прецессией земной орбиты.

Рис. 1. Средняя глобальная температура поверхности Земли за последние 4,5 млн. лет

Рис. 2. Средняя температура поверхности Земли за последние 130—140 тыс. лет

Таким образом, колебания ледниковых-межледниковых периодов в эпоху плейстоцена в значительной мере были обусловлены изменениями приходящей на Землю солнечной радиации в результате колебаний параметров земной орбиты. Ниже мы рассмотрим и другие факторы, ответственные за изменения климата.

Климат последнего ледникового периода и голоцена

Для лучшего понимания истории современного климата и оценки возможных состояний климатической системы в ближайшем будущем наибольший интерес представляет климат последнего ледникового периода и голоцена. Связано это по крайней мере с тремя соображениями. Во-первых, во многих научных исследованиях высказываются опасения, что в отдаленном будущем возможно наступление очередного ледникового периода.

Выше мы отмечали, что чередование ледниковых-межледниковых периодов в значительной мере объясняется изменением параметров земной орбиты. Их экстраполяция указывает на медленную тенденцию к похолоданию. Деятельность человека, по-видимому, внесет серьезные коррективы в ход естественных процессов. Однако при рассмотрении всех вариантов изменения климата вероятность наступления новой ледниковой эпохи исключить нельзя.

Второе соображение основывается на том, что потепления или похолодания в будущем могут иметь черты, присущие отдельным периодам эпохи голоцена. Дело в том, что примерно за последние 10 тыс. лет климат Земли неоднократно менялся. Так, после окончания ледникового периода началось быстрое потепление климата. Примерно 7—8 тыс. лет назад климат был теплее, а некоторые субтропические и теплые умеренные пояса влажнее, чем сейчас. Это привело к развитию культуры Северной Африки, Среднего Востока и долины Инда. Скотоводство, охота и земледелие развивались в местах, которые когда-то были пустынями и засушливы теперь.

Около 4 тыс. лет назад в северном полушарии началось похолодание. Климат высоких широт стал более суровым, многие субтропические области превратились в пустыни. Это привело к исчезновению многих культур, в частности в Сахаре, Аравии, Раджахстане, в долине Инда. Ряд цивилизаций переместились на возвышенности и в долины рек Тигра, Евфрата и др. В последнее тысячелетие климат стал более или менее устойчивым, но в VIII—XII вв. отмечалось потепление, в XIV—XIX вв. — похолодание, а в начале XX в. климат вновь потеплел.

Третьим соображением является то, что наука располагает более надежными данными о климате последних нескольких десятков тысяч лет, а для голоцена имеется даже ряд архивных и летописных источников. Палеоклиматические исследования в последние годы шли по пути использования косвенных данных для восстановления состояния поверхности суши, ее ландшафта, растительности, орографии, температуры поверхности океана. Эти показатели характеризуют такие параметры климатической системы, как альбедо поверхности, ее тепловые свойства, теплообмен атмосферы с подстилающей поверхностью суши и океана, уровень океана, положение ледников и др. С помощью математических моделей общей циркуляции атмосферы можно реконструировать режим климатической системы с учетом перечисленных и некоторых других внешних параметров климатической системы для различных месяцев.

Геологам, археологам, палеогеографам и другим специалистам удалось восстановить основные характеристики подстилающей поверхности ледникового периода (рис. 3). Рис. 4 иллюстрирует разность температур поверхности Мирового океана для августа в период последнего максимального оледенения, около 18 тыс. лет назад, и в современную эпоху. Как видно из рисунков, расхождения с современными условиями существенные. Уровень океана был примерно на 85 м ниже, чем теперь, температура океана в среднем на несколько градусов, а местами в Атлантике на 10° ниже, ряд континентов покрыт ледовым панцирем, альбедо поверхности также было иным. Камни, лед и песок занимали 40 млн. км2 (в настоящее время — 24 млн. км2), тундра и альпийские сообщества — 20 млн. км2 (в настоящее время — 8 млн. км2), пустыни и полупустыни — 12 млн. км2 (в настоящее время — 18 млн. км2). Общая площадь под лесами, кустарниками, саванной и другими сообществами была такой же, как сейчас.

На основании этих данных были выполнены серии численных экспериментов с тремя типами моделей общей циркуляции атмосферы, разработанными в США. В первой серии экспериментов моделировался характер средних климатических условий на земном шаре для летнего вегетационного и зимнего периодов ледниковой эпохи. В результате оказалось, что для летнего периода средняя температура у поверхности была меньше на 5,3 в северном и 4,5° С в южном полушариях, чем теперь, облачность соответственно меньше на 2,9 и 2,2%, количество осадков меньше на 8,3 и 3,9 мм, среднее давление в северном полушарии было меньше на 8,7 мб, а в южном на такую же величину больше. Была ослаблена средняя зональная циркуляция в южном полушарии. Более подробные характеристики климата содержатся в табл. 1.

Рис. 3. Основные характеристики подстилающей поверхности ледникового периода (по В. Гейтсу и др., 1976) Изотермы — в °С, высоты — в м, положение ледников заштриховано

Рис. 4. Разность температур поверхности Мирового океана ледниковой и современной эпох (по В. Гейтсу в др., 1976).

Изотермы — в °С

Таблица 1. Осредненные характеристики климата ледниковой эпохи по данным численных экспериментов

Вторая серия экспериментов показала, что интенсивность циркуляции в июле и январе повышается. Оси циклонов смещаются к югу и проходят южнее Скандинавии в сторону Азии. Сильно сокращаются осадки летом, особенно над Южной и Восточной Азией, зимой они примерно такой же интенсивности, что и теперь, и лишь в северном полушарии их было немного меньше.

При моделировании климата ледниковой эпохи с помощью третьей модели оказалось, что в среднем на всем земном шаре осадков было на 10% меньше, чем теперь, над сушей — 31%, а над океаном лишь около 1%. Средняя температура у поверхности упала на 5,4° С, над сушей на 7,7°, а над океаном на 4,4°.

Повышение альбедо континентов во время ледникового периода за счет большой площади, покрытой льдом и растительностью, дало в модели более низкие температуры во всей тропосфере и более высокое давление у поверхности над континентами по сравнению с океанами.

Приведенные характеристики — результат реконструкции климата да базе теоретических моделей, которые в основном дают сходные оценки. Поэтому есть все основания предполагать, что реальные климатические условия ледникового периода в главных чертах вряд ли могли сильно отличаться от восстановленных. Будущие эксперименты с более сложными моделями уточнят эту картину.

Однако при всех обстоятельствах ясно, что наступление ледниковой эпохи привело бы к таким климатическим условиям, которые катастрофически повлияли бы на все стороны хозяйственной деятельности и на самого человека. Достаточно сказать, что среднему похолоданию на 1°С соответствует сокращение вегетационного периода порядка двух недель. Таким образом, среднее похолодание на 5,4° С (согласно моделям) привело бы к сокращению вегетационного периода почти на три месяца, что для многих районов мира равносильно его отсутствию.

Остановимся кратко на некоторых характеристиках климата голоцена. Наибольший интерес представляют теплые и холодные периоды этой эпохи. Мы уже отмечали, что в первые 7—8 тыс. лет происходило резкое потепление климата. Примерно 8 тыс. лет назад растаял скандинавский ледовый покров. Льды Североамериканского континента растаяли около 6,5 тыс. лет назад, а лабрадорский лед — еще позже, 4,5 тыс. лет назад.

К этому времени субарктические леса сместились к северу примерно на 300 км севернее их нынешней полярной границы. На несколько сот километров отступила к северу и вечная мерзлота в Восточной Сибири и Северной Америке. Почти везде, за исключением некоторых зон, климат был более влажным, чем сейчас. Примечательно, что влажный климат длительное время господствовал во всем засушливом поясе, простирающемся от Западной Африки до Раджахстана на северо-западе Индии. Даже в засушливом центре Сахары годовое количество осадков составляло 250—400 мм (сейчас 6 мм/год). Уровень озера Чад на 40 м превышал современный, а само озеро достигало размеров Каспийского моря. Обширные пастбища использовались скотоводами-кочевниками, интенсивно развивалось земледелие без орошения в районах Ближнего и Среднего Востока, включая северо-запад Индии, т. е. в районах, которые ныне относятся к засушливым. Некоторые области в полосе 35—40° с. ш. в это время были более засушливыми (Калифорния, Невада, Иран, Южная Африка), и это сказывалось на развитии их экономики. Рис. 5 иллюстрирует климат этого наиболее теплого и благоприятного периода голоцена, получившего название климатического оптимума.

Примерно 4 тыс. лет назад во многих районах земного шара климат заметно похолодал и стал суше. На рис. 6 приведен график, характеризующий среднее количество осадков в Раджахстане за последние 11 тыс. лет. Эти данные восстановлены по уровням озер и другим косвенным данным. На графике видно, что примерно 3,7 тыс. лет назад количество осадков за очень короткий период уменьшилось в три с лишним раза (до 200 мм), что привело к упадку экономики района.

Предполагают, что подобные климатические катастрофы были вызваны человеческой деятельностью. Ниже мы вернемся к вопросу формирования засушливых условий при оценке факторов антропогенного происхождения, влияющих на климат. Следует, однако, учитывать, что региональные особенности изменения климата наблюдались всегда. И, по-видимому, никогда изменения климата не были одинаковыми во всех районах земного шара для данного периода. Такая ситуация имеет место и сейчас. Поэтому представления о глобальном потеплении или глобальном похолодании вовсе не означают повсеместного повышения или понижения температуры, а характеризуют осредненную картину.

Дело в том, что климатические изменения всегда сопровождаются изменением циркуляционного режима атмосферы. В результате потеплению или увлажнению климата в одних районах сопутствует похолодание или сухость климата в других. Так, среднегодовая температура за первые 2 тыс. лет из последних 5 тыс. в Китае была на 2° выше, чем теперь. В других районах земного шара отмечалось заметное похолодание климата. Последние 3 тыс. лет в Китае температура колебалась в пределах 2—3° С. Минимум температуры отмечался в 1000, 400 гг. до н. э. и 1200 г. н. э. Климат был довольно теплым в 206 г. до н. э. — 220 г. н. э. и в 618—907 гг. н. э.

Рис. 5. Характеристика климата в период климатического оптимума около 8 тыс. лет назад (по В. Келлогу, 1977).

В — климат более влажный, чем современный; С — климат более сухой, чем современный

Рис. 6. Среднее количество осадков в Раджахстане (Индия) за последние 11 тыс. лет.

1 — годовое; 2 — в период летнего муссона; 3 — в сухой период

По данным японского метеоролога Аракавы, лето 1180 г. принесло неслыханную засуху в Западной Японии. В то же время в восточной части Японии был обильный урожай. Такие условия могли складываться только в результате циркуляционных процессов, влияющих на формирование климатических аномалий.

Более четкое представление о колебаниях климата мы получаем по мере приближения к современным условиям, когда данных становится больше.

Климат последнего тысячелетия

Главными источниками информации о климате этого периода являются исторические записи и косвенные наблюдения за такими показателями климата, как кольца деревьев, уровень озер, состояние горных ледников и др. За последние полтора-два столетия имеются ряды инструментальных наблюдений.

Наиболее характерными периодами для последнего тысячелетия являются следующие климатические условия:

сравнительно теплый период примерно в VIII—XIV вв., получивший название малого климатического оптимума;

похолодание между XIV и XIX вв. — малый ледниковый период;

потепление, начавшееся во второй половине XIX в., с максимумом в 30—40-х годах XX в.;

похолодание после 30—40-х годов, которое еще продолжается с некоторыми колебаниями.

Следует отметить, что наука располагает различного рода письменными источниками, характеризующими аномалии климата в Египте, Китае и Южной Европе соответственно с 3000, 2500 и 500 гг. до н. э. Для Северной Европы они имеются за всю историю современного летосчисления, для Японии, Исландии, Северной Америки, Южной Америки, Австралии — начиная соответственно с 500, 1000, 1500, 1550, 1800 гг. н.э. В русских исторических источниках информация о климате содержится примерно с X—XI столетий.

Поскольку специальных инструментальных наблюдений за климатом VIII—XVII вв. практически не было, встречающиеся в литературе количественные характеристики температуры и осадков восстановлены по различным косвенным климатическим индексам, которые корродировались с данными инструментальных наблюдений последних столетий.

Как уже отмечалось, в VIII—XIV вв. (700—1350 гг.) наблюдалось потепление климата. В это время ледовые условия в Северной Атлантике были благоприятными для плавания. Древние викинги на своих легких суденышках плавали к Гренландии и основали там европейские поселения, в которых развивалось земледелие, скотоводство, рыболовство. Установились контакты между Европой и Северной Америкой. По данным английского климатолога Г. Лэмба, это потепление прекратилось в Европе около 1300—1310 гг. В Гренландии и Арктике оно началось раньше, чем в Европе, и соответственно закончилось раньше. При потеплении усилилось экваториальное западное течение, меньше штормило в тропиках. Все это благоприятствовало плаваниям полинезийцев в экваториальной зоне и обмену культуры народов.

Рис. 7. Характеристика температурного режима (I) и характер осадков в Центральной Англии за последнюю 1 тыс. лет (по Г. Лэмбу) (II).

1 — наблюденные величины температур (осадков); 2 — температуры (осадки), восстановленные по ботаническим данным; 3 — температуры (осадки), восстановленные по отрывочным данным; 4 — косвенные наблюдения; а — средние для года; б — летний сезон (июль-август); в — зимний сезон (декабрь—февраль)

В Европе максимум потепления пришелся, по-видимому, на 1200—1250 гг., а в отдельных районах на 1265—1312 гг. В целом отрезок времени между 1272 и 1291 гг. был необычайно засушливым, а между 1313 и 1322 гг. — необычайно влажным. Заметно увеличилась внутрисезонная изменчивость климата в 1270—1350 гг.

По данным изотопного анализа колец деревьев установлено, что в рассматриваемый теплый период (как, впрочем, до и после него) наблюдались такие климатические экстремумы, как засухи, наводнения, тайфуны и др. Так, в Колорадо (США) засушливыми были 1050, 1250, 1300 гг. В 1314—1316 гг. климат в Европе характеризовался большой увлажненностью и наводнениями, затем вновь — засушливостью (1413, 1423 гг.). Однако в целом экстремальные условия встречались реже, чем в холодные эпохи. При переходе к малому ледниковому периоду и во время его, особенно в 1500—1850 гг., резко повысилась циклоническая деятельность и участились штормы, наводнения, засухи.

Как видим, на фоне климатических трендов во все эпохи наблюдалась различная для различных районов изменчивость климата. Но в период потепления эта изменчивость уменьшалась, а климатические условия в целом были более благоприятными.

Согласно японским данным (средние даты цветения вишни, по которым имеется обширная информация), теплый благоприятный период в Японии был в IX — начале X в., а последующий период продолжительностью почти 400 лет — холодный, со средним запаздыванием дат цветения вишни на пять-шесть дней.

Рис. 7 иллюстрирует восстановленные данные о температуре и осадках за последнее тысячелетие. Отчетливо виден малый климатический оптимум, когда температура была примерно на 1,5° выше, чем позже, и несколько выше, чем при потеплении 30—40-х годов. Увеличилось и количество осадков. После малого климатического оптимума понизилась температура, уменьшились осадки, увеличилась неустойчивость климата.

Повышение температуры в это время, так же как и в период климатического оптимума, 8 тыс. лет назад (см. рис. 5), не обязательно сопровождается сухостью климата, хотя в ряде районов при более влажном климате при потеплении летних осадков было меньше.

Переход к малому ледниковому периоду наметился между 1300 и 1450 гг. Резко понизилась средняя температура, примерно на 1,3—1,4° С. Линии деревьев в горах в Центральной Европе опустились почти на 200 м, что при среднем вертикальном градиенте температуры 0,6—0,7°/100 м соответствует наблюдаемому понижению температуры. Длина вегетационного периода роста растений сократилась почти па три недели.

Полярные льды сковали побережье Гренландии и Исландии. В результате европейские поселения в Гренландии оказались отрезанными от Европы. В экстремальный период 1675—1704 гг. (наиболее экстремальным считается 1695 г.) холодные полярные воды преобладали вблизи Исландии и Фарерских островов. Океаническая поверхность, как указывает Г. Лэмб, была на 0,5° С холоднее, чем теперь. Сильно возросла неустойчивость атмосферных процессов, активизировалась циклоническая деятельность, участились наводнения и т. д. В целом зимние температуры за 1443—1700 гг, были заметно ниже, чем в последующие 250 лет. Надо отметить, что и на фоне этого похолодания наблюдались отдельные теплые периоды, например теплые зимы 1665—1666 и 1718—1719 гг. в Англии и других странах.

Горные ледники в Альпах вновь развились и заняли пространства, с которых они отступали в период малого климатического оптимума. Наступление ледников в целом было характерно для северного полушария в малый ледниковый период. Это отразилось на сельскохозяйственном производстве. Так, в некоторых провинциях Китая после сильных морозов в 1654—1676 гг. почти полностью вымерзли апельсиновые деревья. В 1782—1787, 1833—1839, 1866—1869 гг. в Японии отмечались очень низкие урожаи, которые характерны для холодных, влажных летних условий погоды.

Наиболее ярко малый ледниковый период проявился в 1550—1700 гг., но наиболее изменчив климат в Европе был в конце XIV — начале XV и в XVI—XVII вв.

Оледенение в горах Европы достигло максимума к 1600 г. Вторичный максимум наблюдался около 1820 г. после очень интенсивного похолодания климата в 1812—1817 гг. Этот период характеризовался влажным, холодным летом и холодной зимой. Из 1525—1600 гг. следует выделить более теплый интервал (1525—1569 гг.), в течение которого в Швейцарии наблюдалось 48 теплых и лишь 21 холодный летний месяц (июнь—август), и холодный между 1570 и 1600 гг. с 26 теплыми и 44 холодными летними месяцами.

На некоторых климатических флюктуациях следует остановиться особо. Так, после флюктуации климата 1569—1579 гг. наступила серия экстремально влажных и холодных летних сезонов во второй половине 80-х годов XVI в. Именно в этот период, 13—21 августа 1588 г., разразился шторм, приведший к гибели испанской армады. В июне —августе 1588 г. было отмечено 75 (81%) дождливых дней.

В Швейцарии после 1560 г. были очень тяжелые климатические условия: холодные зимы и весны, холодные и влажные летние сезоны. Неурожаи зерна были в 1614, 1717, 1731, 1785 гг., винограда — в 1588, 1628, 1692, 1698, 1816 гг. Подобные климатические экстремумы отражались на экономике, общественной и социальной жизни. Во Франции в 1680—1718 гг. отмечался период холодных лет с катастрофическим выпадением осадков. В 1782—1785 гг. в Европе наступили жестокие засухи. Очень холодными с избыточным увлажнением были 1812—1821 гг., особенно 1816 и 1817. Холодная зима зафиксирована в 1657/58 г. Средняя температура ее в районе между Данией и Швецией была примерно на 4° С ниже, чем за период 1931—1960 гг. Такие условия привели к замерзанию проливов к востоку от Ютландского полуострова.

Малый ледниковый период характеризовался крупными климатическими аномалиями и на Американском континенте. Наиболее полная информация имеется о засухах в Гватемале с 1563 по 1932 г. За этот период они наблюдались довольно часто, самые сильные в 1746, 1803, 1824-1825, 1842-1844, 1868-1889, 1891 и 1912 гг.

Следует отдельно остановиться на характеристике климата России и его влиянии на экономику за доинструментальный период наблюдений. Совместно с В. М. Пасецким автор проанализировал экстремальные климатические явления за XI—XIX вв.

В целом во вторую половину периода европейского потепления (1000—1200 гг.) колебания климата на территории Руси носили в основном региональный характер и не отличались интенсивностью. В XI и XII вв. отмечалось только по две особо опасные засухи (1022, 1024, 1124 и 1161 гг.). Имеются свидетельства, что в период потепления в X в. новгородцы вышли на берег Русской Арктики, а в 1132 г. ходили к Железным воротам, под которыми подразумеваются Карские ворота. Это указывает на сравнительно благоприятные ледовые условия в XII в.

Особенно суровыми были морозы в 1230 г. Затем с 1232 по 1250 г. климат стал несколько стабильнее. Вторая половина XIII в. характеризуется частыми бурями, сильными дождями, наводнениями, возвратами холодов и жестоких зим.

В XIV в. экстремальные явления на Руси отмечались уже 40 раз, из них почти половина приходится на 1301—1331 гг. За это время в летописях отмечено четыре дождливых периода и паводка в середине лета, два возврата холодов, четыре засухи, одна суровая зима. На это столетие приходится 20 голодных лет, из них два голода имели не только общерусский, но и общеевропейский характер.

В XV в. летописцы отмечают уже более 50 экстремальных климатических явлений, обусловивших 10 голодных лет, в том числе пять на Руси. Большинство из них было вызвано продолжительными холодными дождями, которые 18 раз за столетие приносили ущерб озимым и яровым. На это столетие приходится 15 засух, из них шесть охватили всю Русскую землю, а в 1424 г. и Западную Европу.

Аналогичная картина и в XVI в.: 26 раз наблюдались сильные дожди летом и осенью и 16 раз — засухи, четыре (1508, 1525, 1533, 1534 гг.) нанесли ущерб экономике России. В конце XVI — начале XVII в. также зафиксировано большое количество экстремальных явлений, и XVII в. — 24 дождевых года и восемь засух. На этот век приходится рекордное число голодных лет — 26. Анализ русского мореплавания дает основание предположить, что волна похолодания в Арктике распространялась с запада на восток. Со второй половины XVII в. увеличивается ледовитость арктических морей, климат становится более суровым. Так, в 1696 г. недалеко от Архангельска в лед вмерзло 35 кораблей.

Таблица 2. Аномальные климатические условия в России по данным русских исторических источников

Климатические условия XVIII в. отличались большими колебаниями, отмечено 18 жестоких зим, из них особенно суровы зимы 1709 и 1740 гг. Были и дождливые периоды с наводнениями, от которых пострадали Москва (1702, 1709, 1716, 1718, 1765 гг.) и ряд городов России. Дождливые годы сменялись засухами (19 за столетие).

В первой четверти XIX в. из четырех засух лишь одна распространилась на обширную территорию, а остальные носили региональный характер. В середине века увеличивается число мягких зим, дождливых лет с наводнениями становится меньше, вновь улучшаются ледовые условия в Арктике. К этому времени климат вступает в новую фазу очередного потепления.

В табл. 2 приведена сводка зарегистрированных экстремальных явлений в России по данным, исторических записей. Таблица наглядно иллюстрирует крайне, неблагоприятные климатические условия в период похолодания климата, а также определенную закономерность, согласно которой количество голодных лет увеличивалось по мере увеличения суммарного количества экстремальных климатических явлений.

Довольно подробные исторические хроники Исландии рассказывают, что с 975 по 1500 г. было 12 голодных лет, причем пять из них приходится на относительно холодный период между 1250 и 1390 гг. В 1600—1804 гг. отмечено уже 34 голодных года.

Нетрудно видеть, что приведенные данные о климатических условиях в России за рассматриваемый период в общем неплохо согласуются с климатическими условиями в других частях мира. Однако региональный характер появления климатических экстремумов очевиден.

Таковы в общих чертах климатические условия малого климатического оптимума и малого ледникового периода.

Имеющиеся данные указывают на то, что период похолодания климата повсеместно сопровождался увеличением влажности и осадков, сильных ветров, холодных зим. Теплые сезоны характеризовались частыми засухами. Все это неблагоприятно отражалось на хозяйственной деятельности, здоровье и благосостоянии людей практически во всех населенных районах северного полушария. Климатические аномалии влияли и на некоторые социальные явления. В то же время два климатических оптимума с более теплым, влажным и менее изменчивым климатом более благоприятно сказывались на развитии экономики и общества, хотя и в эти периоды также нередко отмечались климатические аномалии, чаще всего засухи. Однако их повторяемость, продолжительность, интенсивность и последствия были существенно меньше.

В третьем периоде последнего тысячелетия (со второй половины XIX в.) климат постепенно теплел, и особенно заметно в высоких широтах северного полушария. Характеристики изменений температуры в различных широтных зонах северного полушария приведены на рис. 8. Отчетливо проявляется температурный тренд с максимумом потепления в высоких широтах в 30—40-е годы. На фоне общего потепления климата были периоды похолодания, равно как и в последующем периоде похолодания наблюдались кратковременные периоды потепления (50—60-е годы XX в.). Наиболее характерные кратковременные похолодания климата на фоне его общего потепления произошли в первое, второе и третье десятилетия XX столетия. Это по-видимому, было связано с выбросами в атмосферу аэрозоля вулканического происхождения, на чем мы остановимся специально. Кроме того, здесь обнаруживается некоторая связь с циклами солнечной активности. Общая тенденция потепления привела к резкому уменьшению арктических льдов и облегчению условий плавания в Арктических морях. Так, в восточном секторе Арктики площадь льдов в период с 1924 по 1945 г. сократилась почти на 1 млн. км2. Примерно в 1866 г. началось отступление горных ледников в Альпах. Ледник Мер-де-Пляс отступил на 1300—1400 м, а ледник Аржантьер на 1000 м. Аналогичная картина наблюдалась в Скандинавии, Исландии, на Шпицбергене, в Гренландии, на севере Канады, в Кордильерах Северной Америки. Площадь ледников Кавказа с 1890 по 1946 г. уменьшилась на 8,5%. Уменьшились в размерах ледники на Алтае, Памире и в Турции. С начала XX в. бурно таяли ледники в Экваториальной Африке. Некоторые мелкие арктические острова, покрытые льдом, растаяли (Васильевский в 1936 г., Семеновский в 1956 г.), остались лишь подводные банки. Граница вечной мерзлоты повсеместно отступила на север, а температура мерзлых пород повысилась в 40-х годах XX в. примерно на 2° С.

Рис. 8. Изменение температуры воздуха в различных широтных зонах Земли.

а — по Г. Лэмбу: 1 — для всей Земли; 2 — для 0—80° с. ш.; 3 — для 0—60° ю. ш.; б — по Е. П. Борисенкову и В. Н. Приемову: 1 — среднегодовые значения у поверхности для 40—75° с. ш.; 2 — средние за пять лет

Если в малый ледниковый период льды сковывали Исландское побережье около 20 недель, то в 1920—1939 гг. — две-три недели. При потеплении раньше вскрывались реки и озера и позднее замерзали. В северных морях появилась более теплолюбивая рыба. Сельдь, треска, скумбрия, морской окунь и другие породы рыб, которые, например, в Баренцевом море встречались в прошлом веке в небольших количествах, стали предметом интенсивной рыбной ловли в северных морях, Атлантике, в Арктическом бассейне, в северной части Тихого океана. В течение полутора-двух десятилетий резко изменилась морская фауна. Раньше стали прилетать и улетать птицы. Перестройка атмосферной циркуляции вызвала региональные климатические изменения, т. е. на фоне общего потепления в некоторых районах наблюдалось непродолжительное похолодание климата. В ряде мест в период потепления уменьшились осадки и повысилась засушливость климата. Такие условия были характерны для территории Советского Союза и Северной Америки. Потепление 30—40-х годов охватило не только северное, но и южное полушарие.

Таким образом, изменения климата в XX в. довольно четко прослеживались почти на всем земном шаре. В середине 40-х годов по причинам, которые до сих пор достоверно не выяснены, началось очередное похолодание климата. С некоторыми флюктуациями оно продолжается и поныне.

Современный климат

Как уже отмечалось, под этим понятием подразумевается климат после потепления 30—40-х годов. Для этого периода характерно общее понижение температуры, увеличение на континенте количества льда и снега, повторяемости необычных условий погоды, т. е. таких, которые по данным ВМО встречаются раз в 25—30 и более лет. Были и отдельные потепления климата, например в конце 50-х годов; затем оно сменилось значительным похолоданием, достигшим максимума в середине 60-х годов. Вслед за этим было зарегистрировано повышение температуры, продолжавшееся до конца 60-х — начала 70-х годов. Этот факт послужил основанием для отдельных ученых утверждать, что это потепление глобальное и знаменует переломный момент в тенденции климата к глобальному потеплению за счет антропогенных факторов и, в частности, за счет роста CO2. Однако подобные утверждения оказались преждевременными, по крайней мере, в силу двух причин.

Во-первых, в середине 70-х годов вновь проявилась тенденция к похолоданию климата, а годы 1976, 1978, 1979 были исключительно холодными и аномальными по количеству необычных условий погоды (засухи, холодные зимы, наводнения). В связи с этим потепление конца 60-х — 70-х годов следует считать такой же флюктуацией климата, как и раньше.

Во-вторых, похолодание климата после 40-х годов не было повсеместным, а носило четко выраженный региональный характер, что наблюдалось во все периоды истории Земли. Что касается роста CO2, то он пока еще не обеспечивает того тепличного эффекта, которым можно объяснить потепление. К тому же этот фактор не единственный.

В 1973 г. Японская метеорологическая служба создала специальную исследовательскую группу для оценки повторяемости необычных условий погоды и тенденций изменения климата. Большое число специалистов считают, что изменение не средних климатических условий, а климатических аномалий, климатических экстремумов или необычных условий погоды главным образом влияет на состояние человеческого общества.

Повторяемость необычных значений температур и осадков за 1961—1972 гг.

В табл 3 приведены данные японских исследователей о повторяемости необычных (высоких и низких) значений температур и осадков за 1961-1972 гг.

Из таблицы видно, что за указанный период преобладало число случаев с необычно низкими среднемесячными значениями температуры (460 месяцев против 206) и осадков (472 против 295).

За 1960—1969 гг. по сравнению с периодом потепления 1920—1940 гг. повторяемость необычно низких температур возросла почти в 2 раза, а высоких на столько же упала. Экспериментально подтверждено уменьшение с 1951 по 1972 г. температуры поверхности в Северной Атлантике с 12 03 до 11,043° С, увеличение площади занятой льдом и снегом. По данным наблюдений эта площадь с 1950 по 1973 г. увеличилась с 33 до 39 млн. км2. После 40-х годов вновь начали наступать горные ледники. Исследования в США 73 небольших ледников, быстро реагирующих на изменения климата, показали, что за 1953—1955 гг. 50 ледников находилось в стадии наступления, 14 накапливало свою мощность без заметного движения и только 7 пребывало в стационарном состоянии. На канадских горных полярных станциях средняя нулевая изотерма для июля в 1964—1972 гг. была на 276 м ниже, чем в 1955—1963 гг.

При потеплении климата с 1880 до 1930 г. над Британскими островами число дней в году с западными ветрами увеличилось с 85 до 110, а затем при похолодании до начала 70-х годов уменьшилось, достигнув 80, а к середине 70-х годов — 68.

Надо сказать, что потепления климата в Европе, связанные с увеличением интенсивности западно-восточного переноса, зафиксированы довольно четко. В циркуляционных процессах современного периода чаще повторяется блокирование западно-восточного переноса с резкими колебаниями условий погоды.

В табл. 4 приведены данные об изменении отдельных характеристик климатической системы за 50—70-е годы. В среднем отмечалось понижение температуры средней тропосферы северного полушария, особенно в умеренной зоне и высоких широтах. Менее ярко, но достаточно четко прослеживается тенденция понижения температуры воздуха у поверхности, которая испытывает существенные колебания. В конце 60-х — начале 70-х годов температура несколько повысилась. Охлаждался поверхностный слой как в Атлантике, так и в Тихом океане. Количество снега и льда за последние годы возросло. В южном полушарии, по-видимому, наблюдалась иная картина. Так, температура средней атмосферы слабо повышалась. Незначительно менялась температура воздуха и у поверхности. Количество пакового льда в Антарктиде сначала несколько увеличилось, а затем стало уменьшаться. Индекс завихренности атмосферных процессов характеризует возросшую неустойчивость циркуляции за рассматриваемый период. Некоторое представление об изменениях температуры в различных зонах и слоях северного и южного полушарий дает рис. 9.

Анализируя приведенные данные можно сделать два вывода.

1. В северном полушарии продолжает увеличиваться снежный и ледовый покров и понижаться температура со средней скоростью примерно 0,2° С за 10 лет, что подтверждают практически все характеристики климатической системы. Серьезных оснований, за исключением некоторых флюктуаций температуры в конце 60-х — начале 70-х годов в сторону повышения, для вывода о начавшемся глобальном потепления климата последнего периода нет.

Таблица 4. Средние характеристики климатической системы по пятилетиям за 1955—1975 гг.

Примечание: ТСА — температура средней атмосферы; ТВП — температура воздуха у поверхности; ТМП — температура морской поверхности.

2. В южном полушарии климат несколько теплеет и уменьшается количество льда.

Современный климат неустойчив: засухи в одних районах и наводнения в других. Такая неустойчивость была характерна для перехода в малому ледниковому периоду в прошлом.

Итак, в целом о современном климате можно сказать следующее.

1. В настоящее время наблюдается тенденция похолодания климата в северном полушарии, которая характеризуется средним понижением температуры воздуха и воды на 0,1—0,2° С за 10 лет и увеличением количества льда и снега. Судя по всему, это похолодание является не признаком перехода к новой ледниковой эпохе, а климатической флюктуацией, аналогичной прошлым. В южном полушарии отмечается потепление климата.

2. Повторяемость необычных условий погоды и климатических аномалий возрастает. Подобное происходило и ранее, в частности при переходе от малого климатического оптимума к малому ледниковому периоду и во время последнего. Поэтому вряд ли можно говорить об исключительной аномальности наблюдаемых условий. Однако теперь в отличие от прошлых столетий они охватывают густонаселенные районы с высокоразвитым хозяйством, в связи с чем последствия таких климатических аномалий могут оказаться более ощутимыми, чем в прошлом.

3. Повышенная изменчивость климата и особенно температур наиболее интенсивна, как и ранее, в высоких и умеренных широтах и в меньшей мере — в низких.

4. Повышенная изменчивость осадков проявляется во всех широтных зонах, но наиболее ощутима в так называемых аридных и прилегающих к ним зонах, ибо сельское хозяйство в этих районах очень страдает от засух или даже недобора осадков.

5. Экономика и сам человек во все времена и особенно в последнее зависят как от климатических трендов средних температур, средних осадков, так и в еще большей степени от климатических аномалий и изменчивости климата. Изучение этих условий в будущем и их прогнозирование станут главной задачей при оценке и учете влияния климата на экономику и человеческую деятельность.

Рис. 9. Изменения средней температуры свободной атмосферы в различных широтных зонах Земли.

Точками показаны экспериментальные значения температур

В качестве одного из примеров приведем данные о продолжительности вегетационного периода (дни, когда средняя температура выше 5,5° С) в центральной части Англии. В 1870—1895 гг. средняя за десятилетие продолжительность вегетационного периода составила 255—265, а наименьшая 205—225 сут.; в 1930—1949 гг. соответственно 270—275 и 237—243 сут. В 1950—1959 гг. средняя продолжительность вегетационного периода вновь упала до 265, а минимальная — до 226 сут.

В наиболее холодные десятилетия малого ледникового периода в Англии средний вегетационный сезон был короче почти на месяц по сравнению с 1930—1949 гг. Наложение на эпохи укороченного вегетационного периода крупных климатических аномалий значительно может усугубить последствия и без того неблагоприятных климатических условий, вызываемых сокращением вегетационного периода.