Где рождается погода? А. Кац

Художник В. ЛОГИНОВ

Проекты, дискуссии, гипотезы

Еще несколько десятков лет назад о строении окружающего нас воздушного океана ученые знали только по наблюдениям, которые велись главным образом на поверхности суши. Даже когда в 30-х и 40-х годах нашего века появились такие новые средства для изучения атмосферы, как радиозонды и ракеты, они использовались только на суше, да и то лишь в обжитых ее местах. Наблюдения же эти вскоре показали, что закономерности формирования погоды определяются не только тем, что происходит в атмосфере над сушей, но и над огромными пространствами океанов. Следовательно, нужно изучать атмосферные процессы, происходящие над океанами, исследовать взаимодействие Мирового океана с атмосферой. По-настоящему проводить эти исследования стало возможным лишь с появлением космических аппаратов, в частности метеорологических спутников, а также научно-исследовательских морских судов и так называемых кораблей погоды.

Исследовательские суда имеются в распоряжении Института океанологии АН СССР и Гидрометслужбы страны. Суда, которые предназначены для наблюдений и исследований в течение длительного времени в определенных точках океана, называются "кораблями погоды". Все научно-исследовательские суда и "корабли погоды" Гидрометслужбы СССР оснащены отечественными приборами, в том числе специальными метеорологическими локаторами, установками для запуска метеорологических ракет до высоты 65-180 км, а суда типа "Профессор Визе", имеющие до 29 научных лабораторий, также и современными быстродействующими электронно-вычислительными машинами "Минск-22". Это по существу целые плавучие научно-исследовательские институты.

И "корабли погоды", и научно-исследовательские суда ведут постоянные наблюдения за условиями погоды в океанах, оперативно предупреждают о штормах и ураганах, путях их перемещения. Кроме того, с их помощью изучаются вертикальное строение атмосферы и характер воздушных течений до высот 100-120 км, физические процессы в приводном слое воздуха, солнечная радиация и распределение озона на разных широтах и высотах, гидрологические и химические процессы, а также течения на разных глубинах океана, процессы теплового и динамического взаимодействия океана и атмосферы.

Все эти исследования в конечном счете направлены на познание природных условий и ресурсов Мирового океана, а также характера его влияния на формирование погоды земного шара. Они также позволили сделать важные открытия в Мировом океане й в атмосфере. Например, открыты новые течения, в том числе подповерхностное экваториальное течение Ломоносова и система Антило-Гвианского противотечения в Атлантическом океане.

В конце 50-х годов с помощью радиозондов и метеорологических ракет, запускаемых с судов, было обнаружено, что в стратосфере экваториальной зоны на высоте от 20 до 35-40 км наблюдается чередование восточных и западных потоков, которые особенно интересны двумя особенностями.

Первая из них заключается в том, что западные ветры в указанном слое господствуют примерно в течение одного года, а восточные - в течение другого года. Такое чередование воздушных потоков все время повторяется. Средняя продолжительность одного полного цикла составляет около 26 месяцев, поэтому обнаруженное явление получило название 26-месячной, или квазидвухлетней, цикличности ветра.

Другая особенность состоит в том, что как западные, так и восточные ветры цикла первоначально появляются на высотах 35-40 км и опускаются вниз со скоростью 1-1,2 км в месяц, постепенно сменяя преобладавший до этого противоположный поток в слое 20-35 км.

Автор данной статьи неоднократно участвовал в экспедиционных исследованиях этого явления, в том числе и в двух экспедициях в Атлантическом океане от Гренландии до Антарктиды. В результате этих исследований с помощью метеорологических ракет в 1965 г. было открыто еще одно аналогичное явление, но уже в более высоких слоях атмосферы - на высоте 40- 65 км над экватором. При этом цикличность воздушных потоков составляла всего 6 месяцев. Обнаружилось, что каждой весной и осенью в данном слое происходит опускание западных ветров по вертикали, а зимой и летом они вытесняются обратно вверх восточными потоками. Оказалось также, что раз в 2- 2,5 года западные ветры шестимесячного цикла спускаются и ниже 40 км и как бы дают начало западным ветрам квазидвухлетнего цикла (см. схему на стр. 329).

Эти явления характерны для сравнительно узкой зоны экваториальной атмосферы в пределах 10° с. ш. и 10° ю. ш. Однако некоторые ученые считают, что они оказывают влияние на циркуляцию воздуха над всей нашей планетой. В частности, установлено, что в годы, когда в слое 20-30 км экваториальной атмосферы господствуют восточные ветры, преобладает широтная циркуляция воздуха в нижележащих слоях атмосферы над всем земным шаром. Значит, такие атмосферные вихри, как циклоны и антициклоны, определяющие характер погоды на Земле, имеют тенденцию перемещаться с запада на восток по траекториям, близким к широтным кругам.

Циклы. Восточные и западные потоки

В те же годы, когда в экваториальной стратосфере господствуют западные ветры, наоборот, в циркуляции воздуха над земным шаром значительно больше проявляется меридиональность. При такой циркуляции через одни районы по направлению к полюсам поступает теплый и влажный воздух, дающий обильные осадки, а холодный сухой воздух течет к экватору. Вот от этого и возникают в одних областях переувлажнения и наводнения, а в других - засухи, в одних районах погода становится необычно холодной, а в других - теплой.

Такие условия погоды имели место в разных областях земного шара в течение 1969 г. Так, газеты сообщали, что в том году водоснабжение американской столицы было поставлено под угрозу сильнейшей за последние 97 лет засухи. В то время, когда на юге Франции бушевали лесные пожары, исключительные по силе и продолжительности ливни затопляли многие районы Алжира и Туниса, хотя осень здесь обычно сухая. В Индии в результате проливных дождей вышли из берегов многие реки; из-за наводнений и ураганов погибло более 228 тыс. голов скота, под водой оказалось 1 670 тыс. га земель, разрушено более 312 тыс. домов.

Сообщалось также о многих необычных гидрометеорологических явлениях в течение 1969 г. на территории нашей страны. Достаточно вспомнить об исключительных холодах, установившихся еще в конце 1968 г. в Сибири и распространившихся в течение зимних месяцев 1969 г. на Урал, Среднюю Азию и всю Восточную Европу. Средняя месячная температура воздуха в январе и феврале в ряде районов СССР оказалась ниже нормы на 12-14°. За последние 100 лет подобные холода наблюдались лишь в январе 1893 и феврале 1929 г. Азовское море покрылось толстым слоем льда, здесь прекратилась навигация.

Очень холодная и продолжительная зима с обильными снегопадами стояла в республиках Средней Азии. В Ташкенте температура понижалась до 29° мороза, что не отмечалось за последние 80-90 лет. В январе - феврале в предгорьях и горах Средней Азии накопилось снега в два- два с половиной раза больше обычного.

На большей части Европейской территории СССР холодная погода сохранялась почти в течение всех весенних и летних месяцев 1969 г. В Западной Сибири и Казахстане холодная зима и весна сменились ранней летней засухой, затем частыми, под стать осенним, холодными дождями, задержавшими развитие и созревание посевов на 10-15 дней.

Приведенные примеры показывают, что в 1969 г. необычные условия погоды имели планетарный характер. Чем же они были вызваны?

На основании предыдущих исследований атмосферы и особенно результатов специальных экспедиций 1969 и 1970 гг., проведенных на судах "Профессор Визе" и "Академик Ширшов", можно объяснить эту причину.

Экспедиция на корабле "Профессор Визе", работавшая в Атлантике от Гренландии до Антарктиды, обнаружила, что в 1969 г. в экваториальной атмосфере в слое 20-35 км господствовали западные ветры. Они способствовали, как указывалось, развитию меридиональной циркуляции воздуха в наших широтах. Необычная устойчивость такой циркуляции атмосферы поддерживалась также влиянием океана. Дело в том, что в 1969 г., как обнаружила экспедиция, в Северной Атлантике в обширной зоне от 30 до 60° с. ш. вода до глубин 1000-1500 м оказалась почти на 2° холоднее обычного. Такая крупная аномалия для океана очень существенно влияет на отдачу тепла в атмосферу и, следовательно, на характер воздушных потоков. Имеются основания считать, что и она была обусловлена влиянием цикличности в экваториальной атмосфере.

Как показали последующие исследования, эта охлажденная вода появилась впервые у берегов Флориды еще в июле - августе 1968 г., к весне 1969 г. она переместилась на центральные районы Северной Атлантики, а к осени - на ее северовосточные районы.

Как видим, необычная погода 1969 г. объяснялась в конечном счете определенным характером взаимодействия между океаном и атмосферой, сложившимся в этом году.

Совершенно другие погодные условия создались в 1970 г. Это обнаружила экспедиция на исследовательском судне "Академик Ширшов", работавшая через год в тех же районах, что и экспедиция на "Профессоре Визе". Вместо западных ветров в экваториальной стратосфере весной 1970 г. господствовали уже восточные ветры. В связи с этим, как отмечалось, должна была уменьшиться повторяемость процессов с меридиональным воздухообменом и увеличиться повторяемость зонального переноса воздуха с запада на восток, что в действительности и наблюдалось. Одновременно во всех слоях той зоны Средней Атлантики (30-60° с. ш.), где в 1969 г. отмечалась необычно холодная вода, произошло ее потепление.

Таким образом, в 1970 г. в экваториальной стратосфере ветры сменились на противоположные, а в Северной Атлантике к тому же сложились иные особенности взаимодействия океан - атмосфера, и это проявилось также в характере погоды. Зимой 1969/70 г. как и во многие другие месяцы 1970 г., на территории СССР, например, уже преобладала аномально теплая погода. Известно, что и в других отношениях гидрометеорологические условия 1970 и 1969 гг. были весьма различны.

Надо отметить, что чередование западных и восточных ветров в экваториальной стратосфере происходит не строго через год. Как правило, восточные ветры господствуют там дольше, чем западные, в среднем в течение 15-17 месяцев. Вследствие этого западные ветры могут повториться там, например, не через одну зиму, а через две. Именно так было в 1971-1972 гг. После зимы 1969 г. западные ветры в экваториальной стратосфере господствовали во второй половине 1971 г. и в зимний сезон 1972 г. Не случайно поэтому зима 1972 г. своими сильными морозами, а также снежными заносами на крайнем юге нашей страны напоминала зиму 1969 г. Характерно, что и в зиму 1971/72 г. термический режим Северной Атлантики был аналогичным с зимним 1968/69 г.- в западной и центральной ее части вода была холоднее обычного, а в северовосточной - теплее.

Но вот наступило лето 1972 г., и на Европейской территории СССР оно оказалось не только противоположным лету 1969 г., а и во многом необычным. Огромные просторы Поволжья, Центра и Севера этой территории оказались в объятиях необычного зноя. Часто были дни, когда на севере температура воздуха и воды не уступала их значениям на юге.

В июле наивысшая температура в Мурманской области, на целых 4° была выше наблюдавшегося до сих пор абсолютного максимума. В Архангельске и Ленинграде она поднималась до 34°. В Москве в течение 9 дней температура превышала 30° (вместо обычных 2-3 дней). В целом лето 1972 г. в центре Европейской территории СССР оказалось наиболее жарким за 93 года, превысив на целый градус самое жаркое лето 1938 г.

И здесь влияли те же причины. К весне западные ветры в экваториальной стратосфере сменились восточными, а относительно холодная вода Северной Атлантики продвинулась на северо-восток океана, вытеснив относительно теплую воду на Северное, Норвежское и Баренцево моря. Такие сочетания создают летом благоприятные условия для формирования на Европейской территории СССР устойчивых антициклонов в большой толще атмосферы. Помимо ясного неба и непосредственного прогрева почвы и воздуха в таких антициклонах на юго-западной и западной окраине их выносится жаркий сухой воздух из Казахстана, Средней Азии и даже Северной Африки. Одновременно на северо-восточной и восточной их периферии поступает холодный воздух в Сибирь и Казахстан, где лето 1972 г. было дождливым и холодным.

Экспедиционные исследования показали, что значительные изменения термического режима Атлантического океана, отмеченные выше, явились следствием усиления многих теплых и холодных течений в нем. Последнее было в свою очередь обусловлено сложными процессами взаимодействия между атмосферой и океаном, начиная с процессов, развивающихся в высоких слоях экваториальной атмосферы, влияния их на интенсивность циклонов и антициклонов в нижних слоях атмосферы, их воздействия на океанические течения и обратного влияния последних на температуру воздуха над течениями.

Итак, возможно, что подлинная кухня погоды - не в Арктике, как часто думают, а в тропиках, где развиваются описанные процессы.

Мы рассмотрели роль главных факторов, влияющих на формирование крупномасштабных особенностей погоды на нашей планете. Как мы видели, зона действия факторов ограничена земной атмосферой. Многие ученые считают, что на погоду воздействуют также космические факторы, в частности солнечная активность. Но освещение этого вопроса требует особой статьи.