Яков Гольник
Записки метеоролога
Международное признание АГП климата
За короткое время эта теория прошла путь признания: от узкого круга специалистов-климатологов немногих стран до признания мировым сообществом климатологов. Уже в 1979 году в Женеве состоялась Первая всемирная конференция по климату, организованная Всемирной метеорологической организацией (ВМО) при ООН. А в дальнейшем: от признания угроз, исходящих от глобального потепления климата, существованию природных экосистем и человечества, и необходимости разработки и осуществления мер борьбы с ними, сначала главами небольшого количества государств до всеобщего признания этих угроз всеми государствами планеты.
Проблема изменения климата была включена в международную политику в середине 1980-х гг. К этому времени, по мере продвижения потепления климата, учёные пришли к окончательному выводу о связи изменения климата с деятельностью человека, а также к тому, что эта связь приводит как к благоприятным, так и к неблагоприятным последствиям.
Стало ясно, что проблема очень сложна и для получения достоверных (научно обоснованных) выводов и прогнозов нужно объединение усилий учёных всего мира. С этой целью в 1988 году ВМО и ЮНЭП при ООН учредили Международную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК) с задачей оценить научную информацию по проблеме изменения климата, его экологических и социально-экономических последствий, а также по выработке стратегии реагирования на них.
Оценки МГЭИК сыграли большую роль по оказанию помощи правительствам государств в выборе и осуществлении политики реагирования на изменение климата. Уже в течение более 40 лет в мире нет другой такой научной проблемы, кроме АГП климата, которая не обсуждалась бы главами государств и правительств большинства стран мира с целью выработки мер борьбы с глобальным потеплением.
Путь к открытию АГП климата – подвиг учёного
М.И. Будыко родился 20 января 1920 года во время Гражданской войны, голода и разрухи в городе Гомеле Белоруссия. В детстве семья переехала в город Ленинград, где в 1937 году он поступил в Политехнический институт, а в 1942 году, во время блокады Ленинграда, окончил его и получил назначение в Главную геофизическую обсерваторию (ГГО) им. А.И. Воейкова, старейшее научное учреждение России, где проработал до 1975 года. Все эти годы были наиболее продуктивными в его карьере.
Здесь в середине 40-х годов появились первые самостоятельные научные статьи, а в 1948 году вышла первая книга – «Испарение в естественных условиях». В этой работе Будыко предложил, вместо сложного концептуального подхода американского учёного Торнтвейта, «чрезвычайно элегантный метод, позволяющий связать испарение с насыщенностью почвы влагой и энергетическим балансом поверхности», который до сих пор используется в математических моделях климата. Идеология этой первой книги, связывающая природные процессы с энергетикой, прошла красной нитью через всю научную карьеру Будыко. В послевоенные годы широкую известность и признание получили работы по теории климата, тепловому и водному балансу, выполненные в ГГО под руководством М.И. Будыко. Совместно со своим учителем академиком А.А. Григорьевым (1883–1968) сформулировал «периодический закон географической зональности» (географических поясов, обладающих различными тепловыми ресурсами и близкими по увлажнению условиями формирования ландшафтов) и классификации климатов.
Суть этого закона заключается в чередовании высокой и низкой продуктивности этих природных географический зон, разделяющихся в пространстве по типичным для них параметру индекса сухости и величине годового энергетического баланса. Таким образом, закон природных зон поставил точку в развитии различных эмпирических классификаций климата, разрабатываемых ещё с XIX века. Эти работы послужили окончанию «золотого века» климатологии как науки описательной, передав его методу математического моделирования климата.
Появлению этих работ способствовало развитие приборной базы актинометрии, и достаточных длинных рядов наблюдений за компонентами энергетического баланса. Эти работы заложили основы нового знания, способного не только предсказать изменения климата, но и регулировать в заданном направлении – как в сторону потепления, так и похолодания.
В начале 1950-х гг. учёные пришли к пониманию того, что управляющим механизмом климата является тепловой баланс земной поверхности, который поддерживается приходящей солнечной радиацией, с одной стороны, и уходящим излучением, а также явными и скрытыми потоками тепла, с другой.
Так как интенсивность поглощения солнечной радиации зависит от свойств атмосферы и земной поверхности, то процессы, происходящие в климатической системе планеты, – такие как изменения облачности, влажности почвы, смена растительного покрова, – должны в свою очередь влиять на тепловой баланс и, следовательно, на температуру поверхности земли и атмосферы в целом.
Логическим продолжением работ по классификации климата и природных зон стали предпринятое М.И. Будыко широкое исследование энергетического баланса земной поверхности и расчёт теплового баланса Земли с учётом падающего потока солнечной энергии.
Им создана «энерго-балансовая модель» климата, которая стала базовой в современных исследованиях глобального потепления климата. По результатам этих исследований был издан «Атлас теплового баланса земного шара», за подготовку которого М.И. Будыко и его сотрудники в 1956 году были удостоены Ленинской премии. В 1964 г. он избран член-корреспондентом Академии наук Советского Союза.
В 1954 году М.И. Будыко назначается директором ГГО имени А.И. Воейкова, где под его руководством получили развитие исследования по новым направлениям метеорологической науки, таких как актинометрия, озонометрия, прозрачность атмосферы, экология воздуха, радиолокационная метеорология и др., на основе которых на Экспериментальной базе ГГО были разработаны средства измерений различных параметров атмосферы для регулярных наблюдений на сети метеостанций, а также для аэродромов: автоматические метеостанции, дистанционные приборы и метеорологические радиолокаторы.
В начале 60-х годов Будыко продолжил изучение связей между тепловым балансом поверхности и климатом. Особый интерес у него вызывала обратная связь между тепловым балансом, температурой поверхности и морскими льдами («Полярные льды и климат», 1962).
Основываясь на результатах этой работы, он приходит к выводу о возможности быстрого рукотворного потепления в Арктике. Он считал, что для этого достаточно распылить над Арктикой сажу. Быстрое потемнение поверхности льда и снега должно было увеличить количество поглощённой солнечной радиации и привести к ускоренному таянию морских льдов.
После освобождения Арктики от плавающих льдов, их образование в последующие сезоны стало бы невозможным из-за того, что открытая поверхность воды поглощает гораздо больше солнечной энергии, чем поверхность льда и снега. Эти мысли Будыко изложил в статье «О некоторых способах изменения климата», опубликованной в журнале «Метеорология и гидрология» за 1962 г.
Дальнейшие более детальные исследования и данные математического моделирования, полностью подтвердили правоту выводов Будыко. Данный проект реализован не был, но эта идея была запатентована и вошла в историю как единственный до настоящего времени и патент на изменение климата.
В это же время понимание важности обратной связи между льдами и климатом натолкнула Будыко на создание математической модели глобального климата, в которой изменение температуры связаны не только с изменениями солнечной радиации, но и интенсивностью обратной связи между льдами и тепловым балансом. Такая модель была опубликована в 1968 году в журнале «Метеорология и гидрология».
В ГГО проблема антропогенного изменения глобального климата привлекла внимание учёных климатологов в 1961–1962 гг., когда были проведены первые научные совещания по этой проблеме. Из материалов совещаний, из сообщений Будыко и др., следует,что при дальнейшем развитии энергетики существенные изменения глобальной температуры в недалёком будущем.
В них также обращалось внимание на то, что для изменения климата большое значение имеет устойчивость морских полярных льдов, площадь которых оказалась связанной положительной обратной связью с температурой воздуха в высоких широтах. Даже небольшое повышение температуры, вызванное увеличением концентрации СО2, может привести к таянию морских льдов и должно сопровождаться изменением климата в высоких и средних широтах северного полушария. С этого же времени в СССР были организованы систематические исследования антропогенного изменения климата.
Так как перспектива изменения глобального климата имела значение для всех стран мира, в изучении этой проблемы значительную роль стало играть международное научное сотрудничество. Первое совещание советских и американских учёных климатологов состоялось в 1966 году, на котором было уделено особое внимание вопросу об устойчивости морских полярных льдов в условиях антропогенного изменения климата.
В 70-х годах состоялась уже серия советско-американских симпозиумов по этой проблеме и связанных с ней проблемой палеоклиматологии (истории климата).
В эти же годы существенно повысился интерес к этой проблеме и во многих других странах. В 1970 году в США было проведено международное совещание по проблеме воздействия человека на окружающую среду, по результатам которого были опубликованы доклады в виде монографии (SCEP, 1970), в которой опубликован один из выводов совещания
«…мы подчёркиваем, последствия влияния СО2 на температуры воздуха к 2000 году на 0,8°С по сравнению с 1900 годом. Однако этот результат не был использован для оценки климатических условий будущего по двум причинам: из-за сомнения в реальности результата, вследствие отсутствия надёжной климатической теории, и кроме того, многие исследователи считали, что эта величина не имеет большого практического значения.
Другую точку зрения по этой проблеме высказал Будыко в своей работе «Влияние человека на климат», опубликованной в 1972 г. В этой работе была использована полуэмпирическая теория термического режима атмосферы, разработанная автором, для количественного расчёта естественных изменений климата в четвертичный период и в течение последнего столетия. Поскольку результаты этих расчётов хорошо согласуются с данными наблюдений, был сделан вывод о возможности применения этой теории для прогноза антропогенных изменений климата.
Хотя причины изменений климата интересовали многих учёных, но к этому времени не было общепринятого мнения о физическом механизме изменения климата как для современной эпохи, так и для климатов геологического прошлого. В 60–70 гг. в результате этих исследований Будыко создал новое направление метеорологической науки – физическую климатологию (теорию климата).
В конце тех же 60-х Будыко обратил внимание на то, что влияние на климат оказывает не только солнечная радиация, но и такие атмосферные факторы как климат для длительного периода времени и связанная с этим угроза для общества столь серьёзны, что необходимо расширить исследования климатических условий будущего».
В этой монографии был опубликован также вывод, полученный Манабе о возможности повышения средней концентрации двуокиси углерода СО2 и мелкие пылевые частицы – аэрозоли. Эти свои идеи он объединил в вышедшей в 1971 г. книге «Климат и жизнь».
В этом фундаментальном исследовании Будыко показал, как климат мог изменяться в прошлом под воздействием вулканической активности, которая с одной стороны, насыщала атмосферу СО2, а с другой – приводила к повышению в атмосфере концентрации аэрозольных частиц.
Вариации атмосферной концентрации СО2 вызывали изменения парникового эффекта и влияли на температуру поверхности планеты. При этом в течение сотен миллионов лет концентрация атмосферного СО2 в основном понижалась, что связано с поглощением его карбонатными породами (известняки и доломиты), и, что, по мнению Будыко, хорошо согласовывалось с данными палеоклиматических реконструкций, указывающих на более тёплый климат прошлых эпох.
Вместе с тем вулканическая активность приводила и к выбросам в атмосферу двуокиси серы, состоящей из мельчайших взвешенных аэрозольных частиц,обладающих свойством высокого отражения коротковолновой радиации. Такие частицы за короткое время после извержения вулканов понижали температуру поверхности земли, создавая «антипарниковый эффект».
Таким образом, Будыко определил два наиболее важных для понимания истории климата планеты фактора: атмосферная концентрация СО2 и атмосферный аэрозоль.
Масштабное извержение вулкана может притормозить на несколько лет рост глобальной температуры. Средняя глобальная температура замирает или даже уменьшается в ближайшие два-три года, а потом скачком навёрстывает как бы упущенное.
Так уже было после извержения вулканов Пенатубо в 1991 г. и Эль-Чичона в 1984 г. Изучение механизма влияния вулканических извержений на изменение климата, позволило объяснить причины происходивших исторических процессов, к которым можно отнести и возникновение Русской смуты в начале XVII века. Три года с 1601 по 1603 были в России неурожайными: даже в летнее время не прекращались заморозки, а в сентябре выпадал снег. Причиной этого, по современным воззрениям, было извержение вулкана Уайнапутина в Перу 19 февраля 1600 г. и последовавшая за этим вулканическая зима.
Разразился страшный голод, жертвами которого стали до полумиллиона человек. Масса людей устремилась в Москву. Правительство Бориса Годунова раздавало им деньги и хлеб. Таковы основные факторы, приводящие к естественным изменениям климата на Земле.
Эти работы сыграли исключительно важную роль в формировании современных научных взглядов на проблему антропогенных изменений климата и прогностических оценок на будущее.
Благодаря своей научной прозорливости, М.И. Будыко уже в 1972 г. в работе «Будущее климатов» впервые указал, что ближайшие десятилетия будут характеризоваться существенным потеплением глобального климата. Для того времени подобное мнение было необычным, так как тогда происходило похолодание климата и существовало более 20 прогнозов продолжения похолодания климата.
В наши дни его вывод разделяется большинством учёных и подтверждается натурными данными.
В 1975 году он был приглашён на работу в Государственный гидрологический институт (ГГИ), где основал отдел изучения изменения климата.
Вместе с ним на работу в ГГИ перешли из ГГО многие талантливые учёные-климатологи, такие, как О.А. Дроздов, К.Я. Винников, К.М. Лугина, И.И. Борзенкова, Э.К. Бютнер и другие. Отдел занимался различными аспектами изменений климата – от сбора и анализа данных до изучения влияния изменений климата на продуктивность естественных и сельскохозяйственных экосистем, изучения глобального кругооборота углерода и палеоклиматов (ископаемых климатов). С этим направлением было связано несколько публикаций Будыко и его сотрудников, в которых они предложили новый подход к прогнозу состояния климатической системы посредством составления аналогов климата будущего. Суть такого подхода основана на концепции энергетического эквивалента изменений различных климатических факторов. Учёные исходили из того, что климатическая система должна реагировать сходным образом на изменения энергетического эквивалента независимо от того, чем они вызваны (излучением солнца или изменением концентрации СО2 или аэрозоля).
Анализ палеоклиматов позволил Будыко получить оценки изменения глобальной и региональной температуры поверхности Земли при изменении энергетического эквивалента на определённую величину. Отношение изменений температуры к энергетическому эквиваленту названо «чувствительностью климата» и оценено как число в диапазоне от 2 до 4°С на каждые 4,4 вт/м2. Величина 4,4 вт/м2 создаётся при удвоении атмосферной концентрации СО2.
Современные исследования, проведённые МГЭИК, определяют эту величину практически в том же диапазоне, что и в работах Будыко и его сотрудников 30-летней давности. В начале 1990-х этот метод получил развитие в США, где М. Хоферт и К. Ковеи показали, как метод палеоаналогов может быть использован для определения подгонных коэффициентов в больших климатических моделях.
В последние годы жизни Будыко продолжал руководить созданным им отделом в ГГИ и работать над проблемой прогнозирования климата будущего.
За свою долгую научную карьеру были опубликованы его 24 монографии, 2 научно-популярные книги по всемирной истории и истории литературы и более 200 научных статей.
Он был почётным членом Географического общества России и Американского метеорологического общества; избирался депутатом районного и Ленинградского городского Советов; награждён орденами Октябрьской революции, Трудового Красного Знамени, орден «Знак Почёта»,
«За заслуги перед Отечеством» 2-й степени и медалями; лауреат Ленинской премии, премий им. А.П. Виноградова и им. Григорьева; удостоен медали им. Ф.П. Литке, золотой медали ВМО, медали им. Роберта Хортона, а также в 1998 году получил премию «Голубая Планета» Фонда Асахи.
Список принятых сокращений
АТБ – авиационно-техническая база
ВМО – всемирная метеорологическая организация МОГА (ИКАО) – международная организация гражданской авиации
МГА – Министерство гражданской авиации
ГУГМС – Главное управление гидрометслужбы при СМ СССР
СДП И МП – стартовый диспетчерский пункт, совмещённый с метеонаблюдательным пунктом
ИВО – «облако» – измеритель высоты облаков
РДВ – регистратор дальности видимости
КРАМС – комплексная радиотехническая аэродромная метеостанция
НПП ГА – наставление по производству полётов гражданской авиации
МУТА – Московское транспортное управление гражданской авиации
ОАО – объединённый с аэропортом авиаотряд
АМС – военная авиаметстанция
УВД – управление воздушным движением
ООНХ – отдел обеспечения народного хозяйства
ВПП – взлётно-посадочная полоса
ОПН – основной пункт метеонаблюдений
ВПН – вспомогательный пункт метеонаблюдений
ДПН – дополнительный пункт метеонаблюдений
МРЛ – метеорологический радиолокатор
АППИ – автономный пункт приёма спутниковой информации
ОСП – отдел службы прогнозов
АБП – Архангельское бюро погоды
ГМО – гидрометеорологическая обсерватория
НАО – Ненецкий автономный округ
АРМ синоптика – автоматизированное рабочее место синоптика
АРМ гидролога – автоматизированное рабочее место гидролога
АРМ агрометеоролога – автоматизированное рабочее место агрометеоролога
ЦБК – целлюлозно-бумажный комбинат
АМСГ-1 – авиаметеорологическая станция 1 разряда
ГМС – гидрометеорологическая станция
СОАГ – Сыктывкарская отдельная авиагруппа
КДП – командно-диспетчерский пункт
ГРМЦ – главный радиометеорологический центр
НГО – нижняя граница облаков
МВЛ – местные воздушные линии РП – руководитель полётов
РДС – районная диспетчерская служба
ООЯ, СГЯ – особо опасное (стихийное) гидрометеорологическое явление
СГМО – специализированное гидрометеорологиское обслуживание
ГАМЦ – Главный авиационный метеоцентр
УГМО ГУГМС – управление гидрометобеспечения
ГМБ – гидрометбюро
АСПД – автоматизированная система передачи данных
ЛАССО – локальная автоматизированная система средств обработки
ТДС – труднодоступная гидрометстанция
АРМС – автоматическая радиометстанция
МРГ – монтажно-ремонтная группа
ОА – отдел авиации
ААМУ – арктическое, антарктическое и морское управление
СМП – Северное морское пароходство
ЛВИМУ – Ленинградское высшее инженерное морское училище
АТГУ – Архангельское территориальное геологическое управление
ГОИН – Государственный океанографический институт
ААНИИ – Арктический, антарктический научно-исследовательский институт
ВНИИГМИ-МЦД – Всесоюзный научно-исследовательский институт гидометинформации – мировой центр данных
АМЦ – авиаметцентр
ОГМО – отдел гидрометобеспечения
РКПП – руководство по краткосрочным прогнозам погоды
ВДНХ СССР – Выставка достижений народного хозяйства
ЦМС – Центр по мониторингу загрязнения природной среды
Север ЕТС – Север европейской территории Союза
ВЦ – вычислительный центр
ЭВМ – электронно-вычислительная машина ДВ – дальность видимости
СМУ – сложные метеоусловия ТГУ – Тбилисский госуниверситет
ВАК – Высшая аттестационная комиссия
ОВОС – оценка воздействия на окружающую среду
НИЦ «ШЕЛЬФ» – научно-исследовательский центр
МФ ААНИИ – Мурманский филиал ААНИИ
ИЭПС УрО РАН – Институт экологических проблем севера уральского отделения академии наук
БИСМ – биоклиматический индекс суровости метеорежима
ЭЭ – экономическая эфективность
