из испарения воды, переноса водяных паров воздушными течения- ми, их конденсации, атмосферных осадков и переноса воды в реках и других водоемах. Большая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана (425 тыс. км3), но затем возвращается в океан глав- ным образом в виде осадков (385 тыс. км3), а также поверхностным стоком рек (38 тыс. км3) и подземным стоком (2 тыс. км3).

Под общей циркуляцией атмосферы понимают совокупность основных видов воздушных движений в нижней атмосфере, в ре- зультате которых осуществляется обмен больших масс воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях. Эти воздушные течения обусловлены прежде всего разницей температур между эк- ваториальными и полярными широтами, материками и океанами, а также вращением Земли вокруг своей оси. Разность температур приводит к разности атмосферного давления, из-за которой начи- нается движение ветра. Циркуляция океана (рис. 3.6) – это система замкнутых морских течений, проявляющихся в масштабах океанов или всего земного шара.

Подобные течения приводят к переносу вещества и энергии как в широтном, так и в меридиональном направлениях, из-за чего явля- ются важнейшим климатообразующим процессом. Основная причи- на циркуляции океана – вращение Земли вокруг своей оси и

стрелке – в Северном полушарии и против часовой стрелки – в Южном полушарии. Кроме того, на поверхностные океанические течения значительное влияние оказывают устойчивые ветры или циркуляция атмосферы.

Все три климатообразующих процесса (теплооборот, влагообо- рот, циркуляция атмосферы и океана) взаимно связаны. Например, на тепловой режим подстилающей поверхности, а, следовательно, и атмосферы, влияет облачность, задерживающая приток прямой сол- нечной радиации. Образование облаков – один из элементов влагообо- рота. Но оно зависит, в свою очередь, от температуры подстилающей поверхности и стратификации атмосферы, а эти последние в опреде- ленной степени зависят от адвекции тепла, то есть общей циркуляции атмосферы. Общая циркуляция, кроме того, создает перенос водяно- го пара и облаков и тем самым влияет на влагооборот, а через него и на тепловые условия. Таким образом, мы все время встречаемся с взаимными влияниями всех трех

климатообразующих процессов. Режим каждого элемента климата

Рис. 3.6. Основные течения Мирового океана

Например, распределение сумм осадков по земному шару яв- ляется непосредственным следствием влагооборота, поскольку вы- падение осадков есть одно из его звеньев. Оно, во-первых, зависит от расположения источников влаги (прежде всего океанов) отно- сительно данного места и, во-вторых, от таких звеньев влагообо- рота, как испарение, сток, турбулентная диффузия водяного пара, конденсация. Но на режим осадков также влияют тепловые условия подстилающей поверхности и атмосферы, создающиеся в процессе теплооборота. От тепловых условий зависит испарение. Они опре- деляют близость воздуха к насыщению и максимальное влагосодер- жание воздуха при насыщении, а следовательно, и водность обла- ков, определяют положение уровней образования и оледенения об- лаков, а значит, в конечном счете, и выпадение осадков. Кроме того, на влагосодержание и на тепловые условия воздуха влияет перенос влаги и тепла воздушными течениями общей циркуляции атмосфе- ры. Подъем воздуха, необходимый для

распределении осадков по земному шару участвуют и влаго- оборот, и теплооборот, и общая циркуляция атмосферы.

Важное значение в климатической системе имеют и обратные связи, которых достаточно много, и наиболее известные из них рас- смотрены в лекции 1, а дополнительно к ним в табл. 3.3 приведен и ряд других с кратким описанием механизма и представлением знака

связи.

воздуха при удвоении концентрации СО2 в атмосфере. Равновесная

чувствительность обычно рассчитывается с помощью моделей об- щей циркуляции атмосферы (МОЦА). Помимо «равновесной» чув- ствительности используется также так называемый неравновесный отклик климата, который определяется как разность средних гло- бальных значений приземной температуры воздуха, осредненной за 20 лет в окрестности момента удвоения концентрации СО2 при ее

ежегодном 1-процентном приросте и полученной в контрольном рас- чете при постоянной концентрации СО2 . В экспериментах с

МОЦАО при увеличении концентрации СО2 на 1 % в год удвоение

достигает- ся через 70 лет. Неравновесный отклик климата зависит как от чув- ствительности, так и от поглощения тепла океаном.

Рассмотренные компоненты КС непрерывно взаимодействуют и обмениваются между собой энергией и веществом. Временные масштабы этих взаимодействий весьма различны и лежат в пределах от месяцев до сотен миллионов лет. Так, поверхностные слои суши взаимодействуют с расположенной над ними атмосферой в масшта- бах времени от нескольких недель до месяцев, а изменения цирку- ляции атмосферы, создаваемые дрейфом континентов, происходят на протяжении десятков и сотен миллионов лет. Наиболее обобщенная схема взаимодействий в климатической системе показана на рис. 3.7, где черные стрелки представляют внешние процессы, светлые стрел- ки – внутренние процессы, приводящие к изменениям климата.

Как видно из рис. 3.7, к внешним процессам можно отнести: приток солнечной радиации и его возможные изменения; измене- ния состава атмосферы, вызванные вулканическими и орогенными процессами в литосфере и притоком аэрозолей и газов из космоса; изменения очертаний океанических бассейнов, солености, характе- ристик суши, орографии, растительности и др. К внутренним про- цессам относятся взаимодействие атмосферы с океаном, с поверх- ностью суши и льдом (теплообмен, испарение, осадки, напряжение

ветра), взаимодействие лед – океан, изменение газового и аэрозоль- ного состава атмосферы, облачность, снежный и растительный по- кров, рельеф и очертания материков [11]. Сопоставление внешних и внутренних процессов показывает, что некоторые из них присут- ствуют и в тех, и в других, что зависит от рассматриваемого пери- ода времени и перехода внешних процессов во внутренние при его увеличении, о чем говорилось в Лекции 1.

Одна из первых конструктивных схем взаимосвязей в клима- тической системе, предназначенная для целей моделирования кли-

Рис. 3.9. Схема взаимосвязей в климатической системе, используемая для разработки климатических моделей конца ХХ в.

научной конференции по Физическим основам климата и его моде- лирования (Стокгольм, 29 июля – 10 августа 1974 г.).

Впоследствии схемы взаимосвязей в КС усложнялись, и приме- ры более реалистичной схемы 1980–1990-х гг. для создания

растительность, речной сток и другие процессы.

Помимо исследования взаимосвязей в климатической системе важной проблемой является и выбор тех параметров и характери- стик каждой подсистемы, которые необходимо включать в климати- ческие модели и мониторинг которых следует осуществлять, также как и устанавливать закономерности в их многолетних колебаниях [7, 8]. Например, в атмосферной подсистеме помимо температуры воздуха и осадков необходимы наблюдения и базы данных по давле- нию, скорости ветра как у земли, так и на различных высотах, влаж- ность воздуха и ее вертикальный профиль, индексы циркуляции ат- мосферы и другие. Первые такие требования к данным, их простран- ственно-временному разрешению и точности были сформулированы на Международной конференции по климату в 1974 г. Так, например,

климата, можно сгруппировать по нескольким типам, или класси- фицировать. Так, в книге «Предстоящие изменения климата: со- вместный советско-американский отчет о климате и его изменени- ях» (1991) выделены следующие группы факторов и причин, опре- деляющих эволюцию глобального климата [1]:

1)Изменение потоков солнечной радиации, связанное с изме- нением излучения Солнца.

2)Изменения в распределении суши и моря, определяемые тектоникой плит и связанные с этими процессами изменения оро- графии суши, изменения циркуляции океана и его уровня.

3)Изменение газового состава атмосферы, в первую очередь концентрации углекислого газа и метана.

4)Изменение альбедо.

5)Изменение орбитальных параметров Земли.

6)Изменения катастрофического характера – земного и косми- ческого.

В публикации Клименко А.В., Клименко В.В. (1998) перечисле- ны главные факторы, ответственные за изменение климата [3]:

7) Концентрация парниковых газов в атмосфере. 8)Концентрация тропосферных аэрозолей (серно-кислотные и

сульфатные).

9)Тепловой поток от Солнца на внешнюю границу атмосферы (солнечная постоянная).

10)Вулканическая активность (насыщение стратосферы аэрозо- лями серной кислоты).

11)Апериодические колебания в системе «атмосфера – океан» (Эль-Ниньо – Южное колебание).

12)Параметры орбиты Земли.

А в последующих работах (Клименко В.В., 2009) эти факто- ры были разделены на естественные и антропогенные [4]. К есте- ственным причинам климатических колебаний относятся параме- тры гелиоцентрической орбиты, солнечная активность, движение Луны, движение тяжелых планет, вулканическая активность, ав- токолебания в атмосфере и океане, геомагнитная активность, ско- рость вращения Земли, океаническая циркуляция, тектоническая активность. К антропогенным причинам современного изменения климата относятся: сжигание органического топлива (теплоэнер- гетика, транспорт, коммунально-бытовое хозяйство), промышлен- ность, сельское хозяйство, лесное хозяйство, гидростроительство и мелиорация. Согласно Энциклопедии (2010), колебания климата