Александр Гордон - Диалоги (август 2003 г.)

А.Г.Хорошо. Задача понятна.

А.Б.Я бы хотел, прежде чем говорить о флуктуациях, объяснить вещи, которые, в общем-то, всем известны. Но, тем не менее, простые вещи обычно ускользают от нашего внимания. Хочу сказать о физической основе этих колебаний погоды. Они приносятся к нам ветрами. А вот отчего возникает ветер, вам приходило в голову? Отчего вообще: «О чём ты воешь ветр ночной, о чём так сетуешь?..»

А.Г.В самых общих чертах я, наверное, смогу ответить на этот вопрос, но, честно говоря, не вдавался в детали.

А.Б.Ответ на него очень прост. Это явление физически называется – конвекция. Конвекцию понять просто: вот кастрюля у вас стоит на плите, снизу она подогревается, а сверху охлаждается. И собственно говоря, то же самое происходит с земной атмосферой. За моей спиной, на картинке, по-видимому, Земля, и жёлтыми стрелками обозначены солнечные лучи, которые на неё падают. Атмосфера наша достаточно прозрачна, поэтому существенная часть этих солнечных лучей достигает земной поверхности, океана или суши. И нагревает именно её. В атмосфере есть слои, которые поглощают излучение, в частности, озоновый слой. Но он берёт всего 2-3 процента солнечного излучения. Есть рассеивание излучения, которое сразу уходит в космос. А существенная часть, процентов 60-70, достигает земной поверхности и её согревает. И атмосфера прогревается снизу. Это вызывает восходящие потоки воздуха. Вот они изображены стрелками, вверх от самой поверхности земли. Они вовлекают с собой водные пары, и из-за этого, поднимаясь и охлаждаясь, образуются облака.

Но что нам важно: в основном солнечные лучи падают в район тропиков, и тропики поэтому, естественно, как мы знаем, прогреваются сильнее. И поэтому возникают потоки воздуха от тропиков на север и, соответственно, на юг (следующий, второй слайд, пожалуйста). И вот возникает система конвекции, глобальной конвекции. Справа показаны эти потоки, которые отходят от экватора к средним широтам. И там воздух начинает опускаться. Из-за того, что Земля вращается, такое прямолинейное движение ветра невозможно. Есть сила Кориолиса, которая закручивает потоки воздуха в Северном полушарии в одну сторону, в Южном – в другую сторону. Отсюда возникает некая симметрия Южного и Северного полушария. И от экватора возникает поток, идущий вдоль экватора с востока на запад – это пассаты.

Пассаты – это главные ветры на Земле, они есть как бы движущие силы всех остальных ветров. Сейчас мы к ним перейдём. А с другой стороны – они же порождают морские течения. И это постоянно действующий механизм (тут для простоты не нарисованы континенты). Но течения сталкиваются с континентами и отклоняются на север и на юг от экватора. Мы говорим сейчас об атмосфере, поэтому течения нас сейчас меньше интересуют, хотя для погоды это тоже очень важная составляющая. И погода на земле зависит от конкретного расположения континентов.

Но, казалось бы, ветры должны дуть от экватора и где-то в районе полюсов возвращаться. Но получается не так. Получается, что возникает на Земле как бы три таких конвективных ячейки, они называются: ячейка Хедли, Феррела и Полярный антициклон (на рисунке изображены слева). И поэтому в нашей полосе средних широт ветры дуют в основном с запада на восток. Вернее, ветры-то дуют во все стороны, а вот движение циклонов и антициклонов происходит с запада на восток, к нам они приходят из Европы. А на Европу надвигаются с Атлантического океана. Это как раз и даёт возможность предсказывать погоду, потому что мы в принципе знаем основные направления перемещения циклонов и антициклонов. Но что такое сами эти циклоны и антициклоны, более мелкие ячейки, чем основные ячейки конвекции?

Возникает непрерывное дробление общей конвективной картины на всё более мелкие и мелкие ячейки. Здесь самые большие антициклоны изображены как основные ячейки конвекции. На их фоне возникают более мелкие. И так до самых малейших дуновений ветерка. И вся эта гамма возмущений, весь спектр размеров циклонов, он и отражается в колебаниях, он сказывается на тех флуктуациях погоды, о которых мы будем говорить.

А.Г.Раз уж мы говорим о простых вещах – чем отличается циклон от антициклона?

А.Б.Третий слайд покажите, пожалуйста. Они тут изображены. Средний рисунок – это вертикальная плоскость. В циклоне воздух поднимается и, охлаждаясь наверху, образует облака. Поэтому при циклонах небо покрыто облаками. При этом на поверхности Земли воздух сходится к центру циклона, поднимается и наверху расходится. И эти направления изображены снизу и сверху. Снизу – на поверхности Земли, сверху – наверху, в верхних слоях тропосферы.

А закручиваются они потому, что существует сила Кориолиса. Это изображение для Северного полушария. В Южном полушарии направления закрутки будут обратные. Но циклоны – всегда области пониженного давления на поверхности Земли и повышенного сверху. А антициклоны – это области повышенного давления на поверхности Земли и пониженного – сверху. Самые верхние и самые нижние кривые относятся как раз к давлению на поверхности и, наоборот, в верхних слоях атмосферы.

И вся такая система ветров, она движется, она не стоит на месте. Поэтому циклоны всё время замещают антициклоны. И грубо говоря, у нас половина поверхности Земли покрыта из-за этого облаками, а половина – это ясная, солнечная погода, когда ветер опускается, движение происходит сверху вниз. Воздух при своём движении вниз согревается, и облака не образуются.

Это и есть причина того, что у нас погода бывает разная, причина того, что дуют ветры и причина того, что возникают температурные вариации. Погода, конечно, это не только температура, но температура – одна из простых характеристик, которые легко измерить, легко отследить. И на протяжении более чем столетия в тех широтах, где люди живут, которые населены, и примерно столетие вблизи полюсов и на океанах температуру измеряли достаточно качественно. И теперь эти данные сведены вместе. Я хочу показать эти данные – давайте подряд, с 7-й картинки. Восьмую, девятую, десятую, а потом ещё раз на них посмотрим.

Это ход температуры для нашего Северного полушария, для разных широт более чем за сто лет, с 1880 по 2000-й. Мы видим – посерёдке проведена усреднённая кривая – мы видим, что на всех четырех картинках она повышается. Повышается не совсем монотонно, но это и есть то, о чём мы…

А.Г.То, что заставляет говорить о глобальном потеплении…

А.Б.…не будем сегодня говорить, то есть потепление климата. А вот это средние широты. И другие покажите, чтобы можно было их сравнить. Там внизу подписаны широты, это самые северные, давайте на нём остановимся, потому что размах флуктуаций там наибольший. Все рисунки сделаны в одном размере, но если присмотреться к вертикальной шкале (в градусах), то видно, что размах самый большой – в северных широтах. А самый маленький – вблизи экватора.