Погода и климат: в поисках секретов неустойчивости

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Мы ждем от погоды ее «правильности»! Ее соответствия календарному, так сказать, расписанию по временам года и климатическим сезонам. А ученые? У них в центре внимания как раз отклонения от среднего для данного момента состояния погоды. Их интересует, прежде всего, изменчивость системы, ее нестабильность, неустойчивость. Устойчиво действующие климатические механизмы исследованы достаточно основательно, и результаты их работы надежно рассчитываются. В то же время пути и причины колебаний погоды и сами по себе гораздо сложнее, тоньше, неуловимее, да и изучены они намного хуже.

Картина глобальной системы «атмосфера — океан» на каждый данный момент складывается из состояния и действия отдельных масс воздуха или воды по всей планете. Каждый локальный их участочек весьма зависим от своего ближайшего окружения. Здесь горы отклоняют воздушный поток, там появилась плотная облачность, еще где-то долго сохраняется на поверхности океана след прошедшего тут тайфуна. Под влиянием этих крошечных — по масштабам всей планеты — местных возмущений состояние любого участочка может быстро измениться. А дальше, как в веренице падающих костяшек домино, отдаленные последствия этих перемен могут повлиять и на крупномасштабные процессы.

Ведь атмосфера система вероятностная, в ней поддерживается лишь призрачное равновесие, готовое в любое мгновение нарушиться. И как говорится в одной красивой метафоре, взмах крыла бабочки с одной стороны океана может стать причиной цунами на другой его стороне.

Переменный режим муссонов, бризов и множества местных ветров иной пример колебаний метеорологических процессов, выступающих вначале следствием, а потом и причиной атмосферных неустойчивостей. Так же, как и колебания характеристик циклонов — мощности, скорости движения, размеров этих гигантских внетропических возмущений, регулярной чередой идущих, например, из Северной Атлантики на Европу. Как и непрерывные флюктуации обширных океанических вихрей внутри грандиозных течений Северного полушария — Гольфстрима и Куросио. Как и постоянные биения вокруг полярного кольца ветров в Северном полушарии: смещение его южной границы вниз, в умеренные широты, приносит холодную и сухую погоду на бескрайние просторы Евразии, а сдвиг к северу освобождает место для теплых и влажных масс воздуха.

Загадочной в достаточной степени представляется и регулярная, через каждые десять тринадцать лет, смена типов атмосферной циркуляции: меридиональной на широтную и обратно. При таких глобальных перестройках происходит мощное изменение множества атмосферных процессов, порождающее длительные периоды колебаний погоды. Однако сейчас нас интересуют неустойчивости совсем иного рода, регулярные узлы неустойчивости, если так можно выразиться.

Анализ обширного свода данных по тепловому балансу Мирового океана раскрыл перед учеными и прелюбопытнейшие обстоятельства его взаимодействия с атмосферой. Скажем, такое: в сопряженной системе «океан — атмосфера…» длительные колебания температуры заметным образом зависят от режима процессов, идущих в некоторых особо активных и динамичных районах Мирового океана, отдающих атмосфере огромное количество тепла.

Взять, к примеру, Северную Атлантику, которая играет главную роль в определении погоды на территории Европы и потому издавна служит предметом систематических исследований ученых, накопивших в связи с этим огромное количество наблюдений по этому региону. Здесь в январе наиболее мощный поток тепла идет в атмосферу из Саргассова моря, из районов, расположенных к востоку от полуострова Ньюфаундленд, и из Норвежского моря. Площадь ньюфаундлендской и норвежской зон составляет лишь четверть площади всей Северной Атлантики, однако они дают почти половину общего потока тепла от океана к атмосфере в средних и высоких широтах!

Эти и подобные им районы океана были названы энергоактивными зонами океана (ЭАЗО). Помимо североатлантических, к ним относятся, например, районы к востоку от Японии, пролива Дрейка, Тасманова моря, области миграции кромки полярных льдов. Многие из таких зон связаны с теплыми течениями, движущимися от экватора в высокие широты, в частности с Гольфстримом и Куросио.

В известном смысле ЭАЗО оказываются ключевыми точками взаимодействия океана с атмосферой. Исследования позволили определить, что длительные устойчивые аномалии погоды и кратковременные колебания климата обусловлены преимущественно процессами, происходящими именно в ЭАЗО. Важно здесь указать и на то, что и сами эти зоны отмечены печатью неустойчивости: они характеризуются наибольшей изменчивостью температуры поверхности океана, а их влияние на возникновение длительных сдвигов погоды заметно меняется и в течение одного года, и от года к году.

Автор: А. С. Саркисян.