А у вас какой климат?

Текст продолжает проект об экологии «Переменная».

Как узнать, какая нас ждет погода, пусть в общих чертах и хотя бы на ближайшие часы, не подглядывая в интернет? Об этом нам расскажет небо: по внешнему виду облаков и скорости ветра можно сообразить, стоит ли нам, выходя из дома, брать с собой зонт.

Куда смотреть, чтобы определить климат той или иной местности? Мы договорились, что не пользуемся поисковиками, энциклопедиями и путеводителями, а наш знакомый университетский профессор географии, допустим, куда-то отлучился, так что и подсказать некому. Глядя в окно, мы видим все то же небо, но опускаем взгляд — и тут житель Нарьян-Мара видит карликовую березу, которая выросла среди тундровой осоки, парень из Белгорода зачарованно следит за волнующимися от ветра ковылями в степи, в Якутской области можно и вовсе зажмуриться и слушать, как шумит ветер в кронах кедровых сосен и таежных лиственниц, не говоря уже о том, чтобы всплакнуть, глядя на березку в Подмосковье.

Итак, вы уже догадались: визитной карточкой климата для той или иной местности будет растительный покров. «Хочешь узнать погоду — смотри на небо, хочешь узнать климат — смотри на землю», — из года в год повторяет на лекциях по климатологии в Университете Турку (Финляндия) профессор географии Юкка Кяюхкё (COLTA.RU поговорила с профессором о том, где увидеть изменение климата). А раз флора готова рассказать нам о климате, то логично, что одну из самых распространенных классификаций климата на рубеже XIX и XX столетий разработал ботаник, российский ученый немецкого происхождения Владимир Петрович Кёппен.

Классификация Кёппена и по сей день широко применяется по всему миру, а основана она на двух параметрах: температуре и количестве осадков. Есть критические границы температуры: так, представители флоры могут расти только при температуре выше плюс 5 градусов по Цельсию, если же температура будет подниматься выше плюс 10, то ввысь устремятся стволы будущего леса. Кроме того, важной для растений является температура минус 3, считающаяся границей устойчивого снежного покрова. Именно эти пороговые значения Владимир Петрович Кёппен взял в основу своей системы.

Растения растениями, но и о людях Кёппен тоже думал: в классификации учтено еще несколько температурных пределов, важных для человека. Плюс 18 градусов приняты за пороговое значение потому, что, если столбик ртути опускается ниже, нужно начинать отапливать дома. Плюс 22 и минус 38 взяты для более тонкого различения климатических зон, возможно, чтобы даже неспециалисты знали наверняка, куда стоит ехать в отпуск, а куда нет. После этого к средним температурам за месяц и за год была добавлена влажность в течение года, зависящая от количества осадков и интенсивности испарения. Получилась яркая картина климатических зон нашей планеты, каждой из которых присвоили буквенный индекс.

Северные пределы России лежат в области полярного климата (индекс Е) со среднемесячными температурами в тундре, которые никогда не поднимаются выше 10 градусов. А вот остальная территория попадает, по классификации Кёппена, в бореальную климатическую зону (индекс D), где теплее, но основной чертой все-таки являются холодные зимы: средняя температура самого теплого месяца в году — более 10 градусов (растет лес, ура!), а холодного — не выше минус 3 (лежит снег, ура!). Другими словами, говорим — «бореальная зона», подразумеваем — «заснеженные леса».

По влажности восточная часть России характеризуется сухой зимой, по-немецки это будет wintertrocken, поэтому Кёппен добавил к индексу букву w: получилось Dw. Именно здесь находится известный всему миру северный полюс холода и идет непрекращающийся из-за этого титула спор между Оймяконом и Верхоянском. Холодная зима со средней (средней — не минимальной!) температурой самого холодного месяца менее минус 38 градусов добавляет к индексу третью букву: получается Dwd.

К западу от этого царства генерала Мороза по территории нашей страны проходят климатические зоны, которым присуща умеренная влажность в течение всего года; за это они получают вторую букву f — от слова feucht (с немецкого — «влажный»). Температурное разнообразие и, соответственно, третья буква в индексе — a, b, c или d — на этих территориях порадуют даже новичка в вопросах климата.

— Хочешь узнать погоду — смотри на небо, хочешь узнать климат — смотри на землю, — из года в год повторяет на лекциях профессор географии Юкка Кяюхкё.

Экстремальнее всего выглядит область невероятно холодных зим — Dfd (мороз ниже 38 градусов). Чуть теплее в климатической зоне Dfc, где появляется короткое холодное лето — на языке метеорологов это «менее четырех месяцев со средней температурой более 10 градусов». В следующей по очереди зоне Dfb — теплое лето, которое радует, например, жителей Москвы (а иногда не радует). Теплое, но не жаркое, поскольку средняя температура летних месяцев не превышает 22 градусов. А вот жарким называют лето Dfa, когда средние показатели термометра за месяц выше 22 градусов.

Как видно из классификации Кёппена, тип климата не описывается просто по средней величине температуры и количества осадков. Климат шире, чем погода, поскольку включает в себя помимо средних еще и максимальные с минимальными значения метеорологических переменных, а также их распределение в течение года. По метеорологических данным, описывающим климат на протяжении многих лет, можно следить за его изменением. Для изучения климата ученые выбрали периоды продолжительностью в 30 лет.

Климатология не была бы наукой, если бы ученые не стремились объяснить разнообразие климатических типов и их географическое положение. Бытовое представление о том, что на севере холодно, а на юге тепло, в умах ученых оказывается зависимостью количества солнечного тепла от географической широты.

Представьте себе тень от тела человека, стоящего под фонарем, и удлиненную тень этого же незнакомца, освещенного фарами автомобиля. Площадь тени от света фар больше, чем площадь тени под фонарем: тень «растет» при уменьшении угла между направлением света и освещаемой поверхностью. Так же растет при движении к полюсу и площадь земной поверхности, освещаемой Солнцем, потому что угол — высота Солнца над горизонтом — уменьшается.

Если мазать одинаковые кусочки масла на хлеб разного размера, на большем бутерброде слой масла будет тоньше — так и с солнечной энергией: ее будет тем меньше, чем ближе к полюсу, потому что больше становится площадь, покрываемая лучами (тень от фар!). Именно поэтому на экватор поступает больше энергии, чем в высокие широты. Итак, первым двигателем климатической системы Земли является неравномерное нагревание планеты.

Получив энергию Солнца, Земля излучает ее. Именно тогда включается парниковый эффект. Если бы атмосфера Земли не служила «парником», то есть не могла бы задерживать солнечную энергию, не будь углекислого газа, паров воды, метана — температура на нашей планете была бы на 30 градусов ниже.

Часть энергии греет нашу Землю, а остальное излучается в космос поверхностью всего земного шара. Из-за неравномерности нагрева на экваторе образуется переизбыток тепла, а выше 45 градуса северной и южной широты — его дефицит. Умеренные и высокие широты живут не по средствам, то есть получают от Солнца энергии меньше, чем излучают. Недостающую энергию эти дефицитные регионы получают в результате перераспределения тепла из экваториальных областей к северу и югу. Выглядит это как циркуляция воздушных масс и океанских течений. Распределение материков и океанов, а также вращение Земли имеют здесь большое значение. Это второй двигатель климатической системы Земли.

Третий ключевой фактор для климата планеты — наличие постоянных областей низкого и высокого давления. Часто такие области связаны со струйными течениями — так называются сверхбыстрые потоки воздуха в верхних частях атмосферы, на высоте свыше шести километров. Авиакомпании научились использовать их для экономии авиатоплива при длительных перелетах — как попутный ветер. Для метеорологов же такие течения показывают места зарождения областей высокого (антициклоны) и низкого (циклоны) давления, а также обозначают регионы, где погода будет относительно стабильной.

Глобальное изменение климата затрагивает приведенные выше факторы. Например, изменение состава атмосферы — прежде всего, увеличение содержания углекислого газа — влияет на количество тепла, которое задерживается на планете. Это ведет к потеплению. Потепление растапливает арктические льды, а обнажившаяся суша и поверхность воды отражают по сравнению со льдом и снегом намного меньше солнечной радиации, в результате чего накапливается тепло и рост температуры ускоряется. Это пример положительной обратной связи. Есть и негативные: например, таяние льдов уменьшает соленость океанских вод, что, по всей вероятности, служит одним из факторов замедления Гольфстрима, несущего тепло в Северо-Западную Европу. Медленный Гольфстрим охлаждает регион и замедляет таяние льдов — то есть процесс гасит, а не раскручивает сам себя. Такие обратные связи и взаимодействие разных факторов обязательно учитываются в моделях климата.

Уже по основным параметрам классификации Кёппена видно, к чему может привести потепление, которое мы наблюдаем в последнее время. Рост температуры на несколько градусов может привести к переходам пороговых значений для конкретных областей: из выпадающего снега не получится устойчивый покров (порог минус 3 градуса), а лес начнет расти там, где раньше для этого было слишком холодно (порог плюс 10 градусов).

Потепление, которое началось после изобретения паровой машины Ватта (конец XVIII века) на каменном угле и промышленной революции, в геологической истории Земли приходится на интергляциал, то есть межледниковье. Это довольно короткий по геологическим меркам период времени (примерно десять тысяч лет) между оледенениями. Всего ледниковых периодов в истории планеты было двадцать продолжительностью по сто тысяч лет. Причинами чередования ледниковых периодов ученые считают периодические колебания оси вращения Земли, изменение параметров орбиты нашей планеты, а также вариации солнечной активности.

Последнее оледенение завершилось как раз десять тысяч лет назад, и по расчетам ученых в настоящее время должно бы происходить похолодание — но мы его не наблюдаем. Деятельность человека влияет на климатическую систему планеты так, что естественный период колебаний будет нарушен — и трехбуквенные «почтовые индексы» земного климата, придуманные российским ученым, придется пересмотреть.