Последняя новость, облетевшая недавно все научные журналы мира -оказывается, многолетние вариации солнечной активности (знаменитый 11-летний цикл солнечных пятен и т.п.) оказывают существенное влияние на климат Земли, но... Но не в глобальном плане.Известно, что солнечная активность не остается постоянной. Она периодически варьирует, хотя и в небольших пределах. Так, во время 11-летнего цикла максимальные отклонения яркости Солнца от средней не превышают 0,1%. Однако эти средние цифры не отражают скрывающуюся за ними сложную картину. Не так давно климатолог Иоанна Хэйг из Лондонского университета впервые произвела анализ данных о солнечном излучении по всему спектру. Эти данные были собраны в 2003-2007 годах космическим спутником SORCE, запущенным специально для этой цели, и позволили профессору Хэйг, не ограничиваясь суммарными цифрами, найти, как менялось в этот период излучение Солнца в разных участках спектра. Результаты оказались во многом неожиданными.
Оказалось, что в эти годы, когда активность Солнца, в общем-то, шла на убыль (она достигла минимума в 2009 году), его видимое излучение (то есть излучение в диапазоне тех волн, которые улавливаются человеческим глазом) не только не снизилось, но, наоборот, даже возросло. Зато ультрафиолетовое излучение в те же годы не просто уменьшилось, а уменьшилось вчетверо против того, что говорили предсказания. Одновременно на Земле произошли определенные изменения в озоновой оболочке, которые, следовательно, можно связать с этими изменениями в ультрафиолетовой радиации Солнца. А кроме того, имели место совсем уже странные глобальные изменения: хотя считалось доказанным, что в годы минимума солнечной активности Земля должна быть холоднее обычного, но в 2003-2007 годы температура на поверхности нашей планеты повысилась на 0,05 градуса Цельсия.
Коллеги-климатологи мягко, но решительно сказали, что выводам профессора Хэйг не стоит придавать ка-кое-либо особое значение. Проще говоря, Солнце по-прежнему на земной климат не влияет, а что там было в минувший минимум активности - темное дело. Хэйг, однако, вместе с другим английским климатологом, Майком Локвудом, стала изучать на компьютерных моделях возможное влияние всплесков солнечной активности на земную атмосферу с учетом спектральной разницы этих вариаций. Оказалось, что существует по меньшей мере три возможных механизма такого влияния, о чем исследователи сообщили в недавней статье в журнале Nature. А то, что это влияние не замечали, объясняется просто. Раньше проверяли, влияют ли вариации солнечной активности на земной климат в глобальном масштабе. И такого влияния действительно вроде бы нет.
Однако теперь Хэйг и Локвуд показали, что, возможно, имеют место сразу три вида влияний этих вариаций на климатические явления в масштабе региональном. В частности, это влияние может объяснить некоторые сезонные причуды погоды в разных местах земного шара, вроде имевшего быть летом 2010 года трехмесячного стояния тропического антициклона над Европейской частью России. По мнению Хэйг и Локвуда, эти возможные механизмы регионального влияния Солнца выглядят следующим образом. В периоды минимальной солнечной активности, как установила Хэйг, ультрафиолетовая (уф) часть солнечного излучения тоже достигает минимума, причем весьма глубокого.
И наоборот, во время максимума активности Солнце излучает много больше уф-радиации. Известно, что она энергично поглощается в стратосфере, то есть в верхних слоях земной атмосферы. Когда уф-радиация больше, стратосфера нагревается сильней обычного, и наоборот - во время минимума, когда уф-радиация много меньше, стратосфера нагревается меньше обычного. В зависимости от этих изменений температуры меняется давление, а изменения давления и температуры в стратосфере, в свою очередь, влияют на силу и расположение текущих ниже «высотных струйных течений» (ВСТ, или, по-английски, jet stream). А уже изменения ВСТ влияют на сезонную погоду в том или ином месте.
А что такое ВСТ?
Все мы знаем, что наша атмосфера расслоена по высоте. Самый нижний слой - приземный, он тянется до высоты в 2 километра. Далее идет тропосфера - она тянется в среднем до высоты в 17 километров, в тропиках - до 20 километров, над полюсами - до 7 километров. Здесь содержится до 75% всей массы земного воздуха, а также вся содержащаяся в нем вода. Потом начинается стратосфера, выше нее идет ионосфера, которая сейчас нас не интересует. Погода делается ниже, во взаимодействии между тропосферой и стратосферой. Дело в том, что эти два слоя резко отличаются друг от друга характером зависимости температуры от высоты (их поэтому и различают).
Тропосфера нагревается снизу, от земной поверхности, нагретой Солнцем (и парниковыми газами), поэтому приземный слой теплее всего, а далее, в самой тропосфере, температура падает с ростом высоты. Наоборот, стратосфера нагревается сверху, за счет прямого поглощения солнечной радиации, особенно коротковолновой. Стало быть, стратосфера всего теплее в своих верхних слоях и всего холоднее - в нижних, то есть температура в ней растет с высотой. «Переворачивание» этой зависимости температуры от высоты, или «инверсия температуры», происходит в относительно тонком промежуточном слое между тропосферой и стратосферой, который именуется тропопаузой. Вот под этой тропопаузой как раз и располагается главная «кухня погоды», потому что здесь рождаются ВСТ.
Еще несколько слов о температурной инверсии. Она происходит не только в тропопаузе. Бывает, что и ближе к поверхности Земли над более холодным слоем возникает более теплый, который накрывает его сверху, как крышка. Между ними образуется своя «пауза», то есть слой температурной инверсии. В этом слое практически нет движения, а потому нет переноса аэрозолей и пыли. В результате они скапливаются в «паузе», придавая ей все известные признаки смога. Смог может быть таким плотным, что становится трудно, а кое-кому и невозможно, дышать. Так, во время «Великого смога», накрывшего Лондон в 1952 году, было зарегистрировано сотни смертей. В США такое явление часто предшествует появлению торнадо. Когда «шапка» инверсии рано или поздно прорывается, быстрое смешение по-разному нагретых слоев порождает сильные ветры и грозовые явления.
А теперь вернемся, обратно, под тропопаузу, к нашим высотным струйным течениям. Это интереснейшее явление! Оказывается, что километрах в 10-16 над нами простирается слой воздуха, в котором текут настоящие «воздушные реки» огромной ширины - 2-5 километров в поперечнике - и громадной, в тысячи и тысячи километров, протяженности. Эти реки не имеют, разумеется, настоящих берегов - они выглядят, скорее, как ограниченные со всех сторон (кольцевыми ветрами) струи воздуха, текущие много быстрее окружающих слоев. Возникают они, грубо говоря, по следующей причине. Земля, вращаясь, увлекает за собой атмосферу, но разные ее слои она увлекает по-разному: приземные слои вращаются почти с той же скоростью, что земная поверхность под ними, а выше трение между слоями становится все меньше и «увлечение» все меньше - атмосфера «отстает».
Но при этом некоторые ее «куски», в силу различных причин (различие температур между полюсами и экватором и давлений между тропо- и стратосферой, так называемая сила Кориолиса и т.п.), «отрываются» от окружающих слоев, «окольцовываются» и самоорганизуются в «струи», текущие с гораздо большей скоростью. Когда-то, во время Второй мировой войны, пилоты американских самолетов, совершавшие регулярные грузовые рейсы в Англию, обнаружили, что время от времени им «в хвост» вдруг задувает ветер, придавая дополнительную скорость порядка 100 км в час. Это и были ВСТ. Говорят, что их впервые наблюдал японский метеоролог Васабуро (над Фудзиямой) еще в 1920-е годы, а затем американский пилот Пост в 1933 году, когда совершал первый одиночный полет вокруг земного шара. Сейчас известно, что некоторые ВСТ имеет скорость свыше 300 км в час!
Все ВСТ текут с запада на восток, то есть в сторону вращения Земли. Все они устойчивы, то есть существуют всегда, каждая струя в своем регионе земного шара (хотя текут они по извилистым путям, как настоящие реки). Самые крупные струйные течения -это приполярные (по одному в каждом полушарии) и субтропические (тоже по одному). Но известен еще добрый десяток других - над Японией, Австралией, Аравией и так далее. То, что называют «северным субтропическим» ВСТ, на самом деле покрывает в своем течении Канаду и США, а также всю Европу и Россию. Точный маршрут этого ВСТ (как и всех его собратьев) зависит от ряда факторов - например, от Эль-Ниньо, Ла-Нинья и тому подобное. А от ВСТ, точнее - от его маршрута и силы, как уже сказано выше, зависит региональная погода - прежде всего потому, что эти струи несут с собой воду. Этот факт надежно подтвержден многолетними наблюдениями. Вот один, но выразительный пример - так называемый «Пыльный котел» в Соединенных Штатах.
Начиная с 1930 года северное субтропическое течение, обычно проходящее над Мексиканским заливом, а потом чуть сворачивающее в сторону американского Среднего Запада и отдающее там свою воду, по некоторым причинам сдвинулось на юг, оставив центр США без дождей на целых 6 лет! Через два-три года почва высохла настолько, что ветры начали поднимать в воздух чудовищные облака пыли, в которых видимость уменьшалась до полутора метров; в 1934-м и 1935 году эти пылевые облака не раз накрывали Чикаго, Нью-Йорк и Вашингтон; бедствия фермеров в эти годы были ужасны (их впоследствии описал Д.Стейнбек в романе «Гроздья гнева»). В наши дни аналогичная засуха по аналогичной причине около десяти лет тянулась в Австралии.
Так вот, поскольку ВСТ образуются сразу под тропопаузой, а их сила и расположение зависят, в частности, от разницы температур и давлений между тропосферой и стратосферой, можно думать, что изменения в стратосфере под влиянием изменений солнечной активности тоже могут повлиять на ВСТ, а через них - на региональную погоду, даже на длительных интервалах времени, как это было во время «Пыльного котла». Именно это и утверждают Хэйг и J1 оквуд в своей статье в Nature. По их мнению (основанному, напомню, на анализе спутниковых данных 2003-2007 годов), в годы спада солнечной активности Земля в целом получает, парадоксальным образом, несколько больше тепла, а стратосфера, напротив, несколько меньше, и в результате различие между стратосферой и тропосферой усиливается. Это приводит к таким изменениям ВСТ -в частности, северного экваториального ВСТ, которые увеличивают вероятность крайних погодных отклонений в некоторых регионах земного шара. Примером таких «крайних отклонений» может служить трехмесячное стояние тропически жаркого антициклона над европейской частью России летом 2010 года, напоминающее «Пыльный котел», только с пожарами вместо пыли.
Такое влияние Солнца на региональные погодные условия Хэйг и Локвуд называют «top-bottom», то есть «сверху-вниз», потому что это влияние передается сверху, из стратосферы, вниз, под тропопаузу, в места расположения ВСТ. Они говорят также о втором возможном эффекте -«снизу вверх» («bottom-top»), который должен, по их мнению, появиться, когда во время солнечного максимума видимый свет Солнца больше согревает океаны, что приводит к большему испарению и более сильным дождям в экваториальных и субтропических районах. Сам по себе этот эффект очень мал и не должен вызывать видимых последствий, но он может сочетаться с первым эффектом (усилением уф-излучения в пике солнечной активности), и тогда результатом этого совместного влияния Солнца на систему субтропических ВСТ должны стать, согласно расчетам, особенно суровые зимы в Европе.
Более того, -говорит Локвуд, - существуют не только И-летние циклы солнечной активности, но также и более длительные (например, протяженностью в 200-300 лет). Вполне возможно, что мы приближаемся к моменту завершения сразу двух или даже более циклов, и тогда масштаб солнечного влияния должен стать самым большим. А это, - продолжает он, - «может привести к тому, что в некоторых регионах (в частности, в Европе) температуры снизятся. И тогда мы будем наблюдать парадокс: жестокие и заходящие далеко в весну и осень холода в Европе на фоне глобального потепления, которое вызовет таяние гренландских льдов». Еще один вид влияния Солнца на региональные и сезонные климатические явления на Земле связан с заряженными частицами, которые бомбардируют Землю из космоса. «Солнечный ветер» отклоняет эти частицы, и многие из них не достигают Земли, но в периоды спада солнечной активности «ветер» меньше, и космических частиц приходит больше. В такие периоды Земля должна чуть охлаждаться, потому что космические частицы порождают в атмосфере «ядра конденсации», на которых образуются капли дождя.
По другой теории, влияние частиц сказывается на величине заряда облаков, а уже этот заряд способствует образованию капель. Так или иначе, этот третий механизм должен, по предположениям, охлаждать Землю во времена максимальной солнечной активности и наоборот. Все эти эффекты теперь предстоит проверить.