Погода та клімат: у пошуках секретів нестійкості
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Ми чекаємо від погоди на її «правильність»! Її відповідності календарному, так би мовити, розкладу по порах року та кліматичним сезонам. А вчені? У них у центрі уваги саме відхилення від середнього для цього моменту стану погоди. Їх цікавить насамперед мінливість системи, її нестабільність, нестійкість. Стійко діючі кліматичні механізми досліджені досить ґрунтовно, і результати їх роботи надійно розраховуються. У той же час шляхи і причини коливань погоди і самі по собі набагато складніші, тонші, невловимі, та й вивчені вони набагато гірше.
Картина глобальної системи «атмосфера — океан» на кожний момент складається зі стану та дії окремих мас повітря чи води по всій планеті. Кожна локальна їхня ділянка дуже залежить від свого найближчого оточення. Тут гори відхиляють повітряний потік, там з’явилася щільна хмарність, ще десь довго зберігається на поверхні океану слід тайфуну. Під впливом цих крихітних — за масштабами всієї планети — місцевих збурень стан будь-якої ділянки може швидко змінитися. А далі, як у низці падаючих кісточок доміно, віддалені наслідки цих змін можуть вплинути і на великомасштабні процеси.
Адже атмосфера система імовірнісна, у ній підтримується лише примарна рівновага, готова будь-якої миті порушитися. І як то кажуть в одній красивій метафорі, помах крила метелика з одного боку океану може стати причиною цунамі з іншого боку.
Змінний режим мусонів, брізів та безлічі місцевих вітрів – інший приклад коливань метеорологічних процесів, які виступають спочатку наслідком, а потім і причиною атмосферних нестійкостей. Так само, як і коливання характеристик циклонів — потужності, швидкості руху, розмірів цих гігантських позатропічних обурень, що регулярно йдуть, наприклад, з Північної Атлантики на Європу. Як і безперервні флюктуації великих океанічних вихорів усередині грандіозних течій Північної півкулі – Гольфстріму та Куросіо. Як і постійні биття навколо полярного кільця вітрів у Північній півкулі: зміщення її південного кордону вниз, у помірні широти, приносить холодну та суху погоду на безкраї простори Євразії, а зсув на північ звільняє місце для теплих та вологих мас повітря.
Загадковою достатньою мірою представляється і регулярна, через кожні десять тринадцять років, зміна типів атмосферної циркуляції: меридіональної на широтну і назад. За таких глобальних перебудов відбувається потужна зміна безлічі атмосферних процесів, що породжує тривалі періоди коливань погоди. Однак зараз нас цікавлять нестійкості зовсім іншого роду, регулярні вузли нестійкості, якщо так можна сказати.
Аналіз великого зведення даних з теплового балансу Світового океану розкрив перед вченими і найцікавіші обставини його взаємодії з атмосферою. Скажімо, таке: у сполученій системі «океан — атмосфера…» тривалі коливання температури помітно залежать від режиму процесів, які у деяких особливо активних і динамічних районах Світового океану, віддають атмосфері дуже багато тепла.
Взяти, наприклад, Північну Атлантику, яка відіграє головну роль у визначенні погоди на території Європи і тому здавна служить предметом систематичних досліджень вчених, що накопичили у зв’язку з цим безліч спостережень по цьому регіону. Тут у січні найпотужніший потік тепла йде в атмосферу із Саргасового моря, з районів, розташованих на схід від півострова Ньюфаундленд, та з Норвезького моря. Площа ньюфаундлендської та норвезької зон становить лише чверть площі всієї Північної Атлантики, проте вони дають майже половину загального потоку тепла від океану до атмосфери у середніх та високих широтах!
Ці та подібні до них райони океану були названі енерго-активними зонами океану (ЕАЗО). Крім північноатлантичних, до них відносяться, наприклад, райони на схід від Японії, протоки Дрейка, Тасманова моря, області міграції краю полярних льодів. Багато таких зон пов’язані з теплими течіями, що рухаються від екватора у високі широти, зокрема з Гольфстрімом і Куросіо.
У даному разі ЕАЗО виявляються ключовими точками взаємодії океану з атмосферою. Дослідження дозволили визначити, що тривалі стійкі аномалії погоди та короткочасні коливання клімату зумовлені переважно процесами, що відбуваються саме в ЕАЗО. Важливо тут зазначити і те, що й самі ці зони відзначені печаткою нестійкості: вони характеризуються найбільшою мінливістю температури поверхні океану, а їх вплив на виникнення тривалих зрушень погоди помітно змінюється і протягом року, і з року в рік.
Автор: А. С. Саркісян.