Альбедо Земли. Живое вещество повышает поглощение солнечной радиации земной поверхностью, уменьшая альбедо не только суши, но и океана. Растительность суши, как известно, существенно снижает отражение коротковолновой солнечной радиации в Космос. Альбедо леса, луга, поля не превышает 25%, но чаще определяется цифрами от 10% до 20%. Меньше альбедо лишь у гладкой водной поверхности при прямой радиации и у влажного чернозема (порядка 5%), Однако оголенная иссушенная почва или покрытая снегом земля отражают всегда гораздо больше солнечной радиации, чем когда они защищены растительностью. Разница может достигать несколько десятков процентов. Так сухой снег отражает 85-95% солнечной радиации, а лес при наличии устойчивого снежного покрова - только 40-45%.[ ...]

Безразмерная величина, характеризующая отражательную способность тела или системы тел. А. элемента отражающей поверхности- отношение (в процентах) интенсивности (плотности потока) радиации, отраженной данным элементом, к интенсивности (плотности потока) радиации, падающей на него. При этом имеется в виду диффузное отражение; в случае направленного отражения говорят не об А., а о коэффициенте отражения. Различается А. интегральное - для радиации во всем диапазоне ее длин волн и спектральное - для отдельных участков спектра. См. еще альбедо естественной поверхности, альбедо Земли.[ ...]

АЛЬБЕДО ЗЕМЛИ. Процентное отношение солнечной радиации, отданной земным шаром (вместе с атмосферой) обратно в мировое пространство, к солнечной радиации, поступившей на границу атмосферы. Отдача солнечной радиации Землей слагается из отражения от земной поверхности, рассеяния прямой радиации атмосферой в мировое пространство (обратного рассеяния) и отражения от верхней поверхности облаков. А. 3. в видимой части спектра (визуальное)-около 40%. Для интегрального потока солнечной радиации интегральное (энергетическое) А. 3. около 35%. В отсутствие облаков визуальное А. 3. было бы около 15%.[ ...]

Альбедо величина, характеризующая отражательную способность поверхности какого-либо тела; отношение (в %) отраженного потока солнечной радиации к потоку падающей радиации.[ ...]

Альбедо поверхности зависит от ее цвета, шероховатости, влажности и других свойств. Альбедо водных поверхностей при высоте Солнца свыше 60° меньше, чем альбедо суши, поскольку солнечные лучи, проникая в воду, в значительной мере поглощаются и рассеиваются в ней.[ ...]

Альбедо всех поверхностей, а особенно водных зависит от высоты Солнца: наименьшее альбедо бывает в полуденные часы, наибольшее - утром и вечером. Это связано с тем, что при малой высоте Солнца в составе суммарной радиации возрастает доля рассеянной, которая в большей степени, чем прямая радиация отражается от шероховатой подстилающей поверхности.[ ...]

АЛЬБЕДО - величина, характеризующая отражательную способность любой поверхности. А. выражается отношением радиации, отражаемой поверхностью, к солнечной радиации, поступившей на поверхность. Например, А. чернозема - 0,15; песка - 0,3-0,4; среднее А. Земли - 0,39, Луны - 0,07.[ ...]

Приведем альбедо (%) различных почв, пород и растительных покровов (Чудновский, 1959): чернозем сухой -14, чернозем влажный - 8, серозем сухой - 25-30, серозем влажный 10-12, глина сухая -23, глина влажная - 16, песок белый и желтый - 30-40, пшеница яровая - 10-25, пшеница озимая - 16-23, травы зеленые -26, травы высохшие -19, хлопчатник -20-22, рис - 12, картофель - 19.[ ...]

Тщательные расчеты альбедо суши эпохи раннего плиоцена (6 млн лет назад) показали, что в тот период альбедо поверхности суши Северного полушария было на 0,060 меньше современного и, как свидетельствуют палеоклиматические данные, климат этой эпохи был более теплым и влажным; на средних и высоких широтах Евразии и Северной Америки растительный покров отличался более богатым видовым составом, леса занимали обширные территории, на севере они достигали побережий континентов, на юге их граница проходила южнее границы современной лесной зоны.[ ...]

Измерения с помощью альбедо-метров, располагаемых на высоте 1-2 м над земной поверхностью, позволяют определить альбедо небольших участков. Величины альбедо участков большой протяженности, используемые при расчетах радиационного баланса, определяются с самолета или со спутника. Типичные значения альбедо: влажная почва 5-10%, чернозем 15%, сухая глинистая почва 30%, светлый песок 35-40%, полевые культуры 10-25 %г травяной покров 20-25%, лес - 5-20%, свежевыпавший снег 70- 90%; водная поверхность для прямой радиации от 70-80% при солнце у горизонта до 5% при высоком солнце, для рассеянной радиации около 10%; верхняя поверхность облаков 50-65%.[ ...]

Максимальную зависимость альбедо имеют естественные поверхности, на которых наряду с диффузным наблюдается полное либо частичное зеркальное отражение. Таковыми являются гладкая и слегка взволнованная водная поверхность, лед, снег, покрытый настом.[ ...]

Очевидно, что при заданном альбедо однократного рассеяния поглощение будет возрастать при увеличении доли диффузной радиации и средней кратности рассеяния. Для слоистых облаков при увеличении зенитного угла Солнца поглощение уменьшается (табл. 9.1), поскольку увеличивается альбедо облачного слоя и из-за сильной вытяиутостн вперед индикатрисы рассеяния уменьшается, по-видимому, средняя кратность рассеяния отраженного излучения. Этот результат согласуется с расчетами . Для кучевых облаков справедливо обратное соотношение, которое объясняется тем, что при больших резко возрастает доля диффузной радиации. Для Q=0° справедливо нера-венство Pst (¿1, zw+1) > РСи, гЛ/+1), которое обусловлено тем, что излучение, выходящее через боковые стороны кучевых облаков, имеет в среднем меньшую кратность рассеяния. При = 60° эффект, связанный с увеличением в среднем доли диффузной радиации, является более сильным, чем эффект, обусловленный уменьшением средней кратности рассеяния, поэтому справедливо обратное неравенство.[ ...]

Для расчета среднего по пространству альбедо используется приближение независимых пикселей (ПНП) . Смысл при-ближенпя состоит в том, что радиационные свойства каждого пикселя зависят только от его вертикальной оптической толщины и не зависят от оптической толщины соседних областей. Это означает, что мы пренебрегаем эффектами, связанными с конечными размерами пикселя п горизонтальным переносом излучения.[ ...]

Различают интегральное (энергетическое) альбедо для всего потока радиации и спектральное альбедо для отдельных спектральных участков радиации, в том числе визуальное альбедо для радиации в видимом участке спектра. Поскольку спектральное альбедо для разных длин волн различно, А. Е. П. меняется с высотой солнца вследствие изменения спектра радиации. Годовой ход А. Е. П. зависит от изменений характера подстилающей поверхности.[ ...]

Производная 911/ дС - разность между средними альбедо слоистых и кучевых облаков, которая может быть как положительной, так и отрицательной (см. рис. 9.5, а).[ ...]

Подчеркнем, что при малых значениях влажности альбедо суши меняется наиболее резко, и небольшие колебания увлажненности материков должны приводить к существенным колебаниям альбедо, а следовательно, температуры. Повышение же глобальной температуры воздуха ведет к росту его влагосодер-жания (теплая атмосфера содержит больше водяного пара) и к увеличению испарения вод Мирового океана, что, в свою очередь, способствует выпадению осадков на сушу. Дальнейшее повышение температуры и увлажненности материков обеспечивает усиленное развитие природных растительных покровов (например, продуктивность влажных тропических лесов Таиланда составляет 320 ц сухой массы на 1 га, а пустынных степей Монголии - 24 ц). Это способствует еще большему уменьшению альбедо суши, количество поглощенной солнечной энергии увеличивается, как следствие происходит дальнейший рост температуры и увлажненности.[ ...]

С помощью пиранометра можно также легко определить альбедо поверхности земли, величину выходящей из кабины радиации и т. д. Из выпускаемых промышленностью приборов рекомендуется пользоваться пиранометром М-80 в паре со стрелочным гальванометром ГСА-1.[ ...]

Воздействие облачности на биосферу многообразно. Она влияет на альбедо Земли, переносит воду с поверхности морей и океанов на сушу в виде дождя, снега, града, а также ночью закрывает Землю, как одеялом, уменьшая ее радиационное охлаждение.[ ...]

Радиационный баланс может существенно меняться в зависимости от альбедо земной поверхности, то есть от отношения отраженной к поступившей солнечной световой энергии, выраженной в долях единицы. Наибольшее альбедо (0,8-0,9) имеют сухой снег, отложения солей; средние значения альбедо - растительность; наименьшие - водные объекты (водоемы и водонасыщенные поверхности) - 0,1-0,2. Альбедо влияет на неодинаковую обеспеченность солнечной энергией разнокачественных поверхностей Земли и прилегающего к ней воздуха: полюсов и экватора, суши и океана, различных частей суши в зависимости характера поверхности и т.д.[ ...]

Ведь надо учитывать такие важнейшие климатические параметры, как альбедо - функция увлажненности. Альбедо болот, например, в несколько раз меньше, чем альбедо пустынь. И это хорошо просматривается по спутниковым данным, в соответствии с которыми у пустыни Сахара очень высокое альбедо. Так вот, оказалось, что по мере увлажнения суши тоже возникает положительная обратная связь. Увлажненность растет, планета сильнее разогревается, океаны больше испаряют, больше влаги попадает на сушу, влажность снова растет. Данная положительная связь известна в климатологии. А вторую положительную связь я уже называл при анализе динамики колебаний уровня Каспийского моря.[ ...]

При втором варианте расчета предполагалось, что степень зависимости альбедо от влагозапасов суши уменьшилась в 4 раза, а степень зависимости количества осадков от температуры уменьшилась в два раза. Оказалось, что и в этом случае система уравнений (4.4.1) имеет хаотические решения. Другими словами, эффект хаоса является значительным и сохраняется в широком диапазоне изменения параметров гидроклиматической системы.[ ...]

Рассмотрим далее влияние ледяного покрова. После введения эмпирических данных по альбедо Будыко добавил в уравнение, связывающее температуру с излучением, член, учитывающий нелинейную зависимость влияния ледяного покрова, что и является причиной эффекта самоусиления.[ ...]

Многократное рассеяние играет существенную роль в формировании радиационного поля в облаках, поэтому альбедо Л и пропускание диффузной радиации (достигают больших значений даже в тех пикселях, которые расположены вне облаков (рис. 9.4, б, г). Облака имеют различную толщину, которая в данной реализации облачного поля изменяется от 0,033 до 1,174 км. Поле излучения, отраженное отдельным облаком, расплывается в пространстве и перекрывается с радиационными полями других облаков прежде, чем оно достигнет плоскости г- АН, где определяется альбедо. Эффекты расплывания и перекрывания настолько сильно сглаживают зависимость альбедо от горизонтальных координат, что многие детали маскируются и по известным значениям альбедо трудно визуально восстановить реальную картину распределения облаков в пространстве (рис. 9.4, а, б). Вершины наиболее мощных облаков хорошо видны, поскольку в этом случае влияние указанных выше эффектов не является достаточно сильным. Альбедо изменяется в интервале от 0,24 до 0,65, а его среднее значение равно 0,33.[ ...]

Вследствие многократного рассеяния в системе «атмосфера- подстилающая поверхность» при больших значениях альбедо рассеянная радиация возрастает. В табл. 2.9, составленной по данным К. Я. Кондратьева, приведены значения потока рассеянной радиации И при безоблачном небе и различных значениях альбедо подстилающей поверхности (/га = 30°).[ ...]

Второе пояснение относится к водохранилищам. Они включены в энергетический баланс как комплексы, изменяющие альбедо естественной поверхности. И это справедливо, учитывая большие, продолжающие нарастать площади водохранилищ.[ ...]

Отраженная от земной поверхности радиация является важнейшим компонентом ее радиационного баланса. Интегральное альбедо естественных поверхностей меняется от 4-5% для глубоких водоемов при высотах Солнца более 50° до 70-90% для чистого сухого снега. Для всех естественных поверхностей характерна зависимость альбедо от высоты Солнца. Наибольшие изменения альбедо наблюдаются от восхода Солнца до его высоты над горизонтом около 30%.[ ...]

Совершенно иная картина наблюдается в тех спектральных интервалах, где облачные частицы сами интенсивно поглощают и альбедо однократного рассеяния мало (0,5 - 0,7). Поскольку при каждом акте рассеяния значительная часть радиации поглощается, то альбедо облаков будет формироваться в основном за счет нескольких первых кратностей рассеяния и, следовательно, будет очень чувствительно к изменениям индикатрисы рассеяния. Наличие же ядра конденсации уже не способно сильно изменить альбедо однократного рассеяния. По этой причине на длине волны 3,75 мкм доминирует индикатрисный эффект аэрозоля и спектральное альбедо облаков увеличивается примерно в 2 раза (табл. 5.2). Для некоторых длин воли эффект, обусловленный поглощением дымовым аэрозолем, может точно компенсировать эффект, связанный с уменьшением размера облачных капель, и альбедо не изменится.[ ...]

Метод ОУФР имеет, как мы видели, ряд недостатков, связанных с влиянием аэрозоля и необходимостью введения поправок на альбедо тропосферы и подстилающей поверхности. Одно из принципиальных ограничений метода - невозможность получения информации с участков атмосферы, не освещенных Солнцем. Этого недостатка лишен метод наблюдения собственного излучения озона в полосе 9,6 мкм. Технически метод более прост и позволяет производить дистанционные измерения в дневном и ночном полушариях, в любом географическом районе. Интерпретация результатов является более простой в том смысле, что в рассматриваемой области спектра можно пренебречь процессами рассеяния и влиянием прямой радиации Солнца. По идеологии этот метод относится к классическим методам обратных задач спутниковой метеорологии в ИК диапазоне. Основой для решения таких задач служит уравнение переноса излучения, ранее использовавшееся в астрофизике . Постановка и общая характеристика задач метеорологического зондирования и математические аспекты решения содержатся в фундаментальной монографии К. Я. Кондратьева и Ю. М. Тимофеева .[ ...]

У. К. Р. для Земли в целом, выраженная в процентах от притока солнечной радиации на верхнюю границу атмосферы, называется альбедо Земли или планетарным альбедо (Земли).[ ...]

[ ...]

Правда, снижение содержания водяного пара означает и снижение облачности, а облака выступают в качестве главного фактора, увеличивающего альбедо Земли или уменьшающего его, если облачность становится меньше.[ ...]

Необходимы также более точные данные о процессах фото-диссоциации (02, NO2, Н202 и пр.), т. е. о сечениях поглощения и о квантовых выходах, а также о роли аэрозольного рассеяния света и альбедо в процессе диссоциации. Изменчивость коротковолнового участка солнечного спектра со временем представляет также большой интерес.[ ...]

Важно отметить, что фитопланктон имеет более высокую отражательную способность (Лкв 0,5) при длинах волн солнечного излучения Л > 0,7 мкм, чем при более коротких X (Лкв 0,1). Такой спектральный ход альбедо связывается с потребностью водорослей, с одной стороны, в поглощении фотосинтетически активной радиации (рис. 2.29), а с другой - в снижении перегрева. Последнее достигается в результате отражения фитопланктоном более длинноволновой радиации. Можно предполагать, что формулы, приведенные в п. 2.2, пригодны и для расчетов таких параметров тепловых потоков, как приходящая и уходящая радиация, излуча-тельная способность и альбедо, при условии, что данные о Га и других метеоэлементах также имеют необходимое более высокое временное разрешение (т. е. получены с более коротким временным шагом).[ ...]

Из физически разумного предположения о возрастании концентрации водяного пара с увеличением температуры следует, что молено ожидать увеличения водности, возрастание которой приводит к росту альбедо облаков, но мало сказывается на их длинноволновом излучении, за исключением перистых облаков, которые не являются абсолютно черными. Это уменьшает нагревание атмосферы и поверхности солнечным излучением и, следовательно, температуру и дает пример отрицательной облачнорадиационной обратной связи. Оценки величины параметра X данной обратной связи изменяются в широких пределах от 0 до 1,9 Вт-м 2-К 1 . Следует отметить, что недостаточно детальное описание физических, оптических и радиационных свойств облаков, а также неучет их пространственной неоднородности является одним из основных источников неопределенности в исследованиях по проблеме изменения глобального климата.[ ...]

Другой фактор, на который также не обращалось внимания, состоит в том, что выброшенный аэрозоль может заметно ослаблять солнечную радиацию, под воздействием которой восстанавливается озон в атмосфере. Повышение альбедо из-за увеличения содержания аэрозоля в стратосфере должно приводить к понижению температуры, что замедляет восстановление озона. Здесь, правда, нужно выполнить детальные расчеты с различными моделями аэрозоля, поскольку многие аэрозоли заметно поглощают солнечную радиацию, а это приводит к некоторому нагреву атмосферы.[ ...]

Предсказывают, что увеличение содержания С02 в атмосфере на 60 % от современного уровня может вызвать повышение температуры земной поверхности на 1,2 - 2,0 °С. Существование же обратной связи меяеду величиной снежного покрова, альбедо и температурой поверхности должно привести к тому, что изменения температуры могут быть еще большими и вызвать коренное изменение климата на планете с непредсказуемыми последствиями.[ ...]

Пусть на верхнюю границу облачного слоя в плоскости Х01 падает единичный поток солнечной радиации: и ср0 = 0 - зенитный и азимутальный углы Солнца. В видимой области спектра можно пренебречь рэлеевским и аэрозольным рассеянием света; альбедо подстилающей поверхности положим равным нулю, что приблизительно соответствует альбедо океана. Расчеты статистических характеристик поля видимой солнечной радиации, выполненные при ненулевых альбедо ламбертовской подстилающей поверхности, специально отмечаются в тексте. Индикатриса рассеяния рассчитывается по теории Ми для модельного облака Сх [ 1] и длины волны 0,69 мкм. Облачное поле генерируется пуассоиовским ансамблем точек в пространстве.[ ...]

Физический механизм неустойчивости заключается в том, что скорость накопления влагозапасов суши за счет осадков превосходит скорость их уменьшения за счет речного стока, а повышение увлажненности суши, как показано выше, вызывает снижение альбедо Земли и далее реализуется положительная обратная связь, что ведет к неустойчивости климата. По существу это означает, что Земля постоянно переохлаждается (ледниковые эпохи, похолодание климата) или перегревается (потепление и увлажнение климата, усиленное развитие растительного покрова - режим "влажной и зеленой" Земли)..[ ...]

Необходимо иметь в виду, что точность оценок как парникового эффекта в целом, так и его составляющих все еще не является абсолютной. Неясно, например, как можно безошибочно учесть парниковую роль паров воды, которые при возникновении облаков становятся мощным фактором повышения альбедо Земли. Стратосферный озон является не столько парниковым, сколько антипарниковым газом, так как отражает примерно 3% приходящей солнечной радиации. Пыль и другие аэрозоли, в особенности соединения серы, ослабляют нагревание земной поверхности и нижней атмосферы, хотя для теплового баланса пустынных территорий они выступают в обратной роли.[ ...]

Итак, поглощение и отражение солнечной радиации аэрозольными частицами приведут к изменению радиационных характеристик атмосферы, общему охлаждению земной поверхности; повлияют на макро- и мезо-масштабную циркуляцию атмосферы. Появление многочисленных ядер конденсации повлияет на образование облаков и осадков; произойдет изменение альбедо земной поверхности. Испарение воды из океанов при наличии притока холодного воздуха с континентов вызовет обильные осадки в прибрежных районах и на континентах; источником энергии, способным вызывать шторм, будет теплота испарения.[ ...]

При решении трехмерного уравнения переноса использовались периодические граничные условия, которые предполагают, что слой 0[ ...]

Приземный слой тропосферы в наибольшей степени испытывает антропогенное воздействие, основным видом которого является химическое и тепловое загрязнение воздуха. Температура воздуха испытывает наиболее сильное влияние урбанизации территории. Температурные различия между урбанизированной территорией и окружающими ее неосвоенными человеком участками связаны с размерами города, плотностью застройки, синоптическими условиями. Тенденция к повышению температуры имеется в каждом маленьком и большом городе. Для крупных городов умеренной зоны контраст температуры между городом и пригородом составляет 1-3° С. В городах уменьшается альбедо подстилающей поверхности (отношение отраженной радиации к суммарной) в результате появления зданий, сооружений, искусственных покрытий, здесь более интенсивно поглощается солнечная радиация, накапливается конструкциями зданий поглощенное днем тепло с его отдачей в атмосферу в вечернее и ночное время. Уменьшается расход тепла на испарение, так как сокращаются площади с открытым почвенным покровом, занятым зелеными насаждениями, а быстрое удаление атмосферных осадков системами дождевой канализации не позволяет создавать запас влаги в почвах и поверхностных водоемах. Городская застройка приводит к формированию зон застоя воздуха, что приводит к ее перегреву, в городе также изменяется прозрачность воздуха из-за увеличенного содержания в нем примесей от промышленных предприятий и транспорта. В городе уменьшается суммарная солнечная радиация, а также встречного инфракрасного излучения земной поверхности, которое совместно с теплоотдачей зданий приводит к появлению местного «парникового эффекта», т. е. город «накрывается» покрывалом из парниковых газов и аэрозольных частиц. Под влиянием городской застройки изменяется количество выпадаемых осадков. Основным фактором этого служит радикальное снижение проницаемости для осадков подстилающей поверхности и создание сетей по отводу поверхностного стока с территории города. Велико значение огромного количества сжигаемого углеводородного топлива. На территории города в теплое время наблюдается снижение значений абсолютной влажности и обратная картина в холодное время - в черте города влажность выше, чем за городом.[ ...]

Рассмотрим некоторые основные свойства сложных систем, имея в виду условность термина «сложная». Один из основных признаков системы, заставляющий рассматривать ее как самостоятельный объект, заключается в том, что система всегда нечто большее, чем сумма составляющих ее элементов. Это объясняется тем, что наиболее важные свойства системы зависят от характера и числа связей между элементами, что и придает системе способность менять свое состояние во времени, иметь достаточно разнообразные реакции на внешние воздействия. Разнообразие связей означает, что есть связи разного «веса или «силы»; кроме того, в системе возникают обратные связи с разным знаком действия - положительные и отрицательные. Элементы или подсистемы, связанные положительной обратной связью, склонны, если их не ограничивают другие связи, взаимно усиливать друг друга, создавая неустойчивость в системе. Например, повышение средней температуры на Земле ведет к таянию полярных и горных льдов, уменьшению альбедо и поглощению большего количества поступающей от Солнца энергии. Это вызывает дальнейшее повышение температуры, ускоренное сокращение площади ледников - отражателей лучистой энергии Солнца и т. д. Если бы не многочисленные другие факторы, влияющие на среднюю температуру поверхности планеты, Земля могла бы существовать только либо как «ледяная», отражающая почти все солнечное излучение, либо как раскаленная, наподобие Венеры, безжизненная планета.

Арктика испытывает последствия глобального потепления вдвое быстрее, чем остальные части планеты

Ледники, которые отступают, не только дают доступ к драгоценным минералам и новым морским путям, но и несут серьезную опасность. Кто будет иметь из этого выгоду и чем чреваты эти климатические изменения?

Стоя на леднике Гренландии, становится очевидным, почему беспокойный современный человек так уважает дикую природу. Куда бы вы не посмотрели - лед привлекает глаз, сжатый и отточенный с помощью уникального стечения сил природы.

Серебряные и лазурно-голубые ледяные хребты, ледяные насыпи и другие замороженные произведения можно скрупулезно наблюдать в чистом воздухе Арктики. Большие ледники наводят порядок среди ледяной застройки, спускаясь вниз к полузамерзшему морю.

Ледяная шапка пока еще на месте, застыла в своем негодовании. Не ощущается ни дуновения, ни звука двигателя, нет крика птиц. Ни шума. Вместо шума - его полное отсутствие. Вы чувствуете ее, как давление в висках и, если вы прислушаетесь - как рев призрака. Для многих поколений европейских исследователей с замороженными бакенбардами, ледяной покров до сих пор является синонимом слов сила природы.

Арктика является одним из наименее изученных мест в мире. Это последнее дикое место. Даже названия его морей и рек малоизвестны, хотя многие из них - довольно большие. Енисей и Лена - каждая из них несет больше воды в море, чем Миссисипи или Нил.

Гренландия, самый большой остров в мире, в шесть раз больше Германии. Тем не менее, она имеет население всего 57 тыс., в основном инуитов, разбросанных по крошечным прибрежным населенным пунктам.

Всего в Арктике - примерно определенной пределами Полярного круга с небольшой смежной площадью на юг, - проживает только 4 млн человек, около половины из которых живут в нескольких печальных постсоветских городах, таких как Мурманск и Магадан. На остальной территории, включая значительную часть Сибири, север Аляски, Северную Канаду, Гренландию и северную Скандинавию, живет очень мало людей. Тем не менее, регион далеко не неприкосновенен.

Быстрое движение вперед

Тепловая карта мира, на которой цветом обозначены изменения температуры, закрашивает Арктику в яркий бордовый цвет. С 1951 года она нагревается примерно вдвое быстрее, чем в среднем весь мир. В этот период температура в Гренландии выросла на 1,5 ° C по сравнению с около 0,7 ° C по всему миру. Это несоответствие, как ожидается, продолжится.

Повышение глобальной температуры на 2 ° C - кажущееся неизбежным, поскольку выбросы парниковых газов продолжают расти - означает потепления в Арктике на 3-6 ° C.

Почти все арктические ледники отступили. Площадь арктических земель, покрытых снегом в начале лета, сократилась почти на одну пятую с 1966 года.

Но наибольшие изменения претерпевает Северный Ледовитый океан. В 1970-х, 80-х и 90-х годах минимальные объемы полярного льда уменьшаются примерно на 8% каждое десятилетие. В 2007 году морской лед треснул, растаяв в летний период до своего минимума в 4,3 млн. кв. км. (1,7 млн. квадратных миль), это лишь половина от средней площади для 1960-х годов и на 24% меньше предыдущего минимума, установленного в 2005 году. Это освободило ото льда - впервые в истории человека - так называемый западный переход, морской путь через 36 тыс островов арктического архипелага Канады.

Ученые пытаются объяснить это тем, что в 2007 году все силы естественной изменчивости, в том числе теплая погода, ясное небо и теплые течения, выстроились для усиления сезонного таяния. Но в прошлом году не было такого замечательного стечения обстоятельств: это был обычный год для Арктики. А объемы морских льдов сократились почти до тех же размеров.

Нет никаких серьезных сомнений, что является основной причиной потепления. В Арктике, как и везде на планете, это происходит в результате увеличения выбросов в атмосферу газов, которые задерживают тепло, главным образом, углекислого газа, выделяемого при сжигании ископаемого топлива. Поскольку атмосфера теряет меньше солнечного тепла, она перегревается - этот физический эффект предсказал еще в 1896 году шведский ученый Сванте Аррениус. Но почему потепление в Арктике происходит быстрее, чем в других местах?

Сначала учтите, какой чувствительной к изменению температуры является Арктика из-за своего расположения. В обоих полушариях климатические системы устроены на направление тепла от парного экватора к замерзшим полюсам. Но на севере такой обмен является гораздо более эффективным. Это частично объясняется высокими горными хребтами Европы, Азии и Америки, которые помогают смешивать теплые и холодные фронты, так же как валуны направляют отток воды в потоке. Антарктида, которая окружена огромными южными морями, подлежит гораздо меньшему воздействию атмосферного смешивания.

Суши, окружающие Арктику, также предотвращают нормальный кругооборот полярных океанов вокруг нее, как это происходит вокруг Антарктиды. Вместо этого гигантский обмен холодных и горячих масс воды происходит с севера на юг, между массами арктических земель: Тихий океан выливается через Берингов пролив, между Сибирью и Аляской, а Атлантика - через пролив Фрама между Гренландией и Норвежским архипелагом Шпицберген.

Это сохраняет среднегодовую температуру на высоких широтах Арктики (северные окраины суши и моря за ее пределами) на сравнительно жарком уровне в -15 ° C, температура большей части остальной Арктики близка к точке таяния в течение большей части года. Даже незначительное потепление может иметь значительное влияние на экосистемы региона.

Антарктида также претерпевает потепление, но со средней годовой температурой в - 57 ° C нужно будет больше, чем несколько жарких летних периодов, чтобы это стало очевидным.

Эффект альбедо

Эффективное перемешивание воздуха с севера на юг также может сыграть свою роль в усилении потепления Арктики. Ветры, которые вырываются на север, несут загрязняющие вещества, включая сажу из европейских и азиатских труб, и это имеет мощное влияние на увеличение температуры снега.

В последние десятилетия наблюдается также повышение уровня ртути - побочного продукта сжигания угля - в тканях белуг, моржей и белых медведей, которых едят эскимосы. Это еще одна причина, почему Арктика не является девственницей.

Но главная причина усиления эффекта потепления в Арктике - это замена светлого снега и льда на темного цвета землю или воду. Так как темные поверхности поглощают больше тепла, чем светлые, это вызывает локальное потепление, которое приводит к еще большему таянию снега и льда, что в свою очередь освобождает еще больше темной земли и воды, и так далее.

Так называемый эффект альбедо имеет более мощные положительные обратные последствия, чем ожидало большинство исследователей. Большинство моделей изменения климата предсказывает, что Северный Ледовитый океан может быть освобожден ото льда в летний период до конца этого века. Исследования, опубликованные в 2009 году в журнале Geophysical Research Letters, предполагают, что это может произойти до 2037 года. Некоторые теперь полагают, что это будет даже раньше.

Трудно переоценить, насколько драматические последствия это будет иметь. Может быть, что со времен вырубки огромных лесов Америки в 19 веке, или, возможно, после уничтожения величественных лесов Китая и Западной Европы за тысячу лет до того, мир еще не видел столь потрясающих изменений окружающей среды. Последствия для экосистем Арктики будут определяющими.

Поскольку древние ледовые препятствия исчезают, арктические побережья разрушаются; части суши Аляски отступают на 14 метров (45 футов) в год. Ниши проживания, такие как бассейны талых вод на многолетнем льду, сокращаются. Некоторые узкоспециализированные арктические виды, вероятно, вымрут, ведь их ареал обитания сократится, а южные виды займут их место. Другие будут процветать.

Первые признаки этой биологической перестройки уже очевидны. Чисто арктическим видам, включая белого медведя, живется трудно. Новые виды для региона, такие как скумбрия и атлантическая треска, все больше попадают в сети траулеров. Впрочем, последствия изменений в Арктике будут ощущаться далеко за ее пределами.

Таяние морских ледников не повлияет на глобальный уровень океана, поскольку лед плавает, вытесняет собственную массу морской воды. Но таяние ледников повлияет, и Арктика уже теряет свои накопления льда с большой скоростью.

Ледяная шапка Гренландии теряет около 200 гигатонн льда в год, что достаточно для обеспечения водой миллиардов человек. Меньшие арктические ледяные шапки и ледники вместе теряют такое же количество. Еще до того, как это стало ясно, Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) предусмотрела повышение уровня океана на 59 см в течение этого века. Учитывая то, что происходит на севере, многие теперь считают эти ожидания слишком скромными.

Есть опасения, что поток талой арктической воды может нарушить мощные «пути круговорота» мирового океана, обмен теплых тропических и холодных полярных вод. Это уже случалось раньше, по крайней мере семь раз за последние 60 тысяч лет, и этого нужно избежать.

Но последние данные свидетельствуют о том, что такая беда не является неизбежной. Еще одна проблема, - таяние Арктики может освободить огромное количество углекислого газа и метана, - вырисовывается более отчетливо. Это тоже уже происходило около 55 тыс. лет назад, что привело к глобальному повышению температуры на 5 ° С в течение нескольких тысяч лет.

Такие риски трудно отследить, пока они не слишком опасны. Многие элементы изменений в Арктике, в том числе темпы таяния снега и отступления ледников, все еще находятся в пределах исторических вариаций.

Тем не менее, тот факт, что эти изменения вызваны деятельностью человека, является беспрецедентным и представляет огромную неопределенность относительно того, как быстро они будут происходить. Для тех, кто настроен не обращать внимания на риски, стоит отметить, что даже более экстремальные прогнозы потепления в арктических районах отстают от того, что произошло на самом деле.

Богатства севера

В долгосрочной перспективе таяние льда на севере может вызвать разрушительные последствия. Но, как это ни парадоксально, ни один из арктических видов не получит из этого выгоду настолько, как тот, кто вызвал это: человек.

Исчезновение морских ледников может означать конец последней эскимосской культуры. Однако, большое потепление может сделать многих людей богатыми.

Поскольку замерзлая тундра будет отступать на север, большие районы Арктики станут пригодными для сельского хозяйства. Более ранняя арктическая весна может привести к увеличению выращивания растений на 25%. Это позволит жителям Гренландии выращивать больше, чем те ничтожные 100 тонн картофеля, которые они выращивают сейчас.

Многие другие ценные материалы тоже будут становиться все более доступными. Уже сейчас Арктика является большим источником добычи полезных ископаемых, в том числе цинка на Аляске, золота - в Канаде, железа в Швеции и никеля в России, а еще многие другие ждут свою добычу.

В Арктике также есть много нефти и газа. Лицензии на исследование недр в настоящее время выдают по всему региону: в Соединенных Штатах, Канаде, Гренландии, Норвегии и России.

18 апреля ExxonMobil утвердил условия соглашения с российской компанией «Роснефть» об инвестировании до $ 500 млрд в разработку морских запасов, в том числе в российской Арктике. Нефтяные компании не любят об этом говорить, но это указывает на другие положительные обратные последствия процесса таяния Арктики. Изменение климата в результате сжигания ископаемого топлива позволит добывать больше арктических углеводородов, которые затем будут сжигаться.

Эти новые отрасли промышленности Арктики не появятся сразу. Есть еще много ледников, чтобы работа на севере оставалась исключительно жесткой и дорогой, круглосуточная ночь и арктические циклоны сделают ее еще более тяжелой.
Большинство современных разведывательных работ вряд ли приведут к добыче углеводородов. По крайней мере, в течение ближайших десяти лет. Но со временем это произойдет. Цена огромна, и нефтяные компании и правительства арктических стран готовы ее заплатить.

Незадолго до подписания контракта между ExxonMobil и «Роснефтью», президент России Владимир Путин объявил о планах сделать намного привлекательнее для иностранцев инвестирования в российский офшорный энергетический сектор.

«Оффшорные запасы, особенно в Арктике, являются, без преувеличения, стратегическим резервом в 21 веке», - сказал он.

В первой половине 20-го века Арктика, как кратчайший маршрут между Россией и Америкой, была наиболее вероятным театром ядерной войны, и некоторые видят потенциал для свежего конфликта в ее освоении. Россия и Канада, две крупнейшие по территории страны Арктики, стимулируют этот страх: Арктика вызывает ожесточенные националистические настроения в обеих странах.

С точки зрения своих северных районов, некоторые из восьми стран Арктики проводят определенную милитаризацию региона. Норвегия переместила свой военный командный центр в арктический город Рейтан в 2009 году. Россия заменяет и модернизирует шесть своих атомных ледоколов, а еще - определенные части гражданской инфраструктуры, учитывая вопросы безопасности. Тем не менее, наш специальный доклад предполагает, что предупреждения о конфликте в Арктике, как и климат, слишком перегреты.

Арктика не является ничейной землей. В отличие от Антарктиды, которая управляется по международному договору, большая ее часть является демаркированной. Среди полдесятка территориальных споров в регионе наибольшим является, пожалуй, спор между США и Канадой по поводу статуса Северо-Западного перехода. Эти две страны не начнут войну. И большинство арктических стран являются членами НАТО.

Тем не менее, таяние Арктики будет иметь геостратегические последствия помимо того, что позволит богатым ресурсами странам стать богаче. Очевидно потенциально разрушительное воздействие открытия новых торговых путей. Навигация вдоль побережья Сибири по северо-восточному переходу, или Северному морскому пути (СМП), как называют его русские и моряки, сокращает расстояние между Западной Европой и Восточной Азией примерно на треть. Переход в настоящее время открыт в течение четырех или пяти месяцев в году и получает все большее применение.

В 2010 году только четыре корабля использовали СМП, в прошлом году их было уже 34 в обоих направлениях, в том числе танкеров, рефрижераторных судов с рыбой и даже круизный лайнер.

Большие азиатские экспортеры - Китай, Япония и Южная Корея - уже инвестируют в строительство ледокольных судов или планируют сделать это. Для России, имеющей большие планы по развитию морского пути вместе с центрами перевалки и другими объектами инфраструктуры, это двойное благо. Это поможет ей обеспечивать рынок арктическими ресурсами быстрее, а также, поскольку СМП будет все больше использоваться, диверсифицировать свою зависимую от углеводородов экономику.

Есть риски возникновения спора или войны в этом вопросе, требующего урегулирования. Что хорошо для России - может быть плохо для Египта, который в прошлом году заработал более $ 5 млрд доходов от эксплуатации Суэцкого канала, альтернативного восточно-западного судоходного пути.

Так что очень хорошо, что работа регионального клуба, Арктического совета, является многообещающей.

Все же, как примирить экологические риски от арктического таяния с экономическими возможностями, которые оно принесет? Сокращение морских ледников является результатом работы рук, так же, как распашка прерий. Это может даже оказаться выгодным. Но расходы будут также огромны. Уникальные экосистемы и многие виды природы будут потеряны при изменении окружающей среды. Причиной этого является глобальное загрязнение, и риски от него также являются глобальными. Арктика, которая уже не выглядит такой далекой и неприкосновенной, появилась как мощный символ возраста человека.

Суммарная солнечная радиация, приходя­щая на земную поверхность, частично от нее отражается и теряется ею - это отражен­ная радиация (R k), она составляет около 3 % от всей солнечной радиации. Оставшаяся ра­диация поглощается верхним слоем почвы или воды и называется поглощенной радиацией (47 %). Она служит источником энергии всех движений и процессов в атмосфере. Величи­на отражения и соответственно поглощения солнечной радиации зависит от отражательной способности поверхности, или альбедо. Аль­бедо поверхности - это отношение отра­женной радиации к суммарной радиации, вы­раженное в долях от единицы или в процен­тах: А=R k /Q∙100 % .Отраженная радиация выражается формулой R k =Q∙A, оставшаяся поглощенная -Q–R k или (Q·(1–А), где 1– А – коэффициент поглощения, причем А рассчитывается в долях от единицы.

Альбедо земной поверхности зависит от ее свойств и состояния (цвета, влажности, ше­роховатости и т. д.) и изменяется в больших пределах, особенно в умеренных и субполяр­ных широтах в связи со сменой сезонов года. Наиболее высокое альбедо у свежевыпавше­го снега - 80-90 %, у сухого светлого пес­ка - 40 %, у растительности - 10-25 %, у влажного чернозема - 5 %. В полярных об­ластях высокое альбедо снега сводит на нет преимущество больших величин суммарной ра­диации, получаемых в летнее полугодие. Аль­бедо водных поверхностей в среднем меньше, чем суши, так как в воде лучи глубже прони­кают в верхние слои, чем в почвогрунтах, рас­сеиваются там и поглощаются. При этом на альбедо воды большое влияние оказывает угол падения солнечных лучей: чем он меньше, тем больше отражательная способность. При от­весном падении лучей альбедо воды составля-

ет 2- 5 %, при малых углах - до 70 %. В целом альбедо поверхности Мирового оке­ана составляет менее 20 %, так что вода по­глощает до 80 % суммарной солнечной ради­ации, являясь мощным аккумулятором тепла на Земле.

Интересно также распределение альбедо на различных широтах земного шара и в разные сезоны.

Альбедо в целом увеличивается от низких широт к высоким, что связано с возрастаю­щей облачностью над ними, снежной и ледя­ной поверхностью полярных областей и умень­шением угла падения солнечных лучей. При этом видны локальный максимум альбедо в экваториальных широтах вследствие большой

облачности и минимумы в тропических широ­тах с их минимальной облачностью.

Сезонные вариации альбедо в северном (материковом) полушарии значительнее, не­жели в южном, что обусловлено более ост­рой реакцией его на сезонные изменения при­роды. Это особенно заметно в умеренных и субполярных широтах, где летом альбедо по­нижено из-за зеленой растительности, а зи­мой повышено за счет снежного покрова.

Планетарное альбедо Земли - отношение уходящей в Космос «неиспользованной» ко­ротковолновой радиации (всей отраженной и части рассеянной) к общему количеству сол­нечной радиации, поступающей на Землю. Оно оценивается в 30 %.

Долгосрочный тренд альбедо направлен в сторону похолодания. За последние годы спутниковые измерения показывают незначительный тренд.

Изменение альбедо Земли потенциально является мощным воздействием на климат. Когда альбедо, или отражающая способность, возрастает, больше солнечного света отражается назад в космос. Это оказывает охлаждающее действие на глобальные температуры. Напротив, снижение альбедо нагревает планету. Изменение альбедо всего на 1% дает радиационный эффект 3,4 Вт/м2, сопоставимый с эффектом удвоения СО2. Как же альбедо воздействовало на глобальные температуры в последние десятилетия?

Тренды альбедо до 2000 года

Альбедо Земли определяется несколькими факторами. Снег и лед хорошо отражают свет, так что когда они тают, альбедо понижается. Леса имеют более низкое альбедо, чем открытые пространства, поэтому сведение лесов повышает альбедо (оговоримся, что уничтожение всех лесов не остановит глобальное потепление). Аэрозоли имеют прямое и косвенное влияние на альбедо. Прямым влиянием является отражение солнечного света в космос. Непрямой эффект состоит в действии частиц аэрозолей в качестве центров конденсации влаги, что затрагивает формирование и время жизни облаков. Облака, в свою очередь, влияют на глобальные температуры несколькими способами. Они охлаждают климат за счет отражения солнечного света, но также могут давать эффект нагрева, удерживая исходящее инфракрасное излучение.

Все эти факторы следует учитывать при суммировании различных радиационных воздействий, определяющих климат. Изменения в землепользовании вычисляются исходя из исторических реконструкций изменения состава пахотных земель и пастбищ. Наблюдения со спутников и с земли позволяют определять тренды уровня аэрозолей и альбедо облаков. Можно видеть, что альбедо облаков является самым сильным фактором из различных видов альбедо. Долгосрочный тренд направлен в сторону похолодания, воздействие -0,7Вт/м2 с 1850 по 2000 г.

Рис.1 Среднегодовые общие радиационные воздействия (Chapter 2 of the IPCC AR4) .

Тренды альбедо после 2000 года.

Одним из способов измерения альбедо Земли является пепельный свет Луны. Это солнечный свет, сначала отраженный Землей, а затем отраженный Луной обратно к Земле в ночное время. Пепельный свет Луны измеряется солнечной обсерваторией Big Bear с ноября 1998 года (был также сделан ряд измерений в 1994 и 1995 годах). Рис.2 показывает изменения альбедо по реконструкции спутниковых данных (черная линия) и по измерениям пепельного света Луны (синяя линия) (Palle 2004) .

Рис.2 Изменения альбедо, реконструированные по спутниковым данным ISCCP (черная линия) и по изменениям пепельного света Луны (снняя линия). Правая вертикальная шкала показывает негативное радиационное воздействие (т.е. на охлаждение) (Palle 2004).

Данные на Рис.2 проблематичны. Черная линия, реконструкция спутниковых данных ISCCP "является чисто статистическим параметром и имеет мало физического смысла, поскольку она не учитывает нелинейных отношений между свойствами облаков и поверхности и планетарным альбедо, а также не включает аэрозольных изменений альбедо, например, связанных с вулканом Пинатубо или антропогенной эмиссией сульфатов " (Real Climate).

Еще более проблематическим является пик альбедо около 2003 года, видимый на синей линии пепельного света Луны. Он сильно противоречит спутниковым данным, показывающим в это время незначительный тренд. Для сравнения можно вспомнить извержение Пинатубо в 1991 году, заполнившее атмосферу аэрозолями. Эти аэрозоли отражали солнечный свет, создав отрицательное радиационное воздействие 2,5 Вт/м2. Это резко снизило глобальную температуру. Данные пепельного света тогда показывали воздействие почти -6 Вт/м2, что должно было означать еще большее падение температуры. Никаких похожих событий не произошло в 2003 году. (Wielicki 2007).

В 2008 году была обнаружена причина несоответствия. Обсерватория Big Bear установила новый телескоп для измерения пепельного света Луны в 2004 году. С новыми улучшенными данными они заново откалибровали свои старые данные и пересмотрели свои оценки альбедо (Palle 2008). Рис. 3 показывает старые (черная линия) и обновленные (синяя линия) значения альбедо. Аномальный пик 2003 года исчез. Впрочем, тренд повышения альбедо с 1999 по 2003 год сохранился.

Рис. 3 Изменение альбедо Земли по данным замеров пепельного света Луны. Черная линия - изменения альбедо по публикации 2004 года (Palle 2004). Синяя линия - обновленные изменения альбедо после улучшения процедуры анализа данных, также включены данные за больший период времени (Palle 2008).

Насколько точно определяется альбедо по пепельному свету Луны? Метод не является глобальным по охвату. Он затрагивает примерно треть Земли в каждом наблюдении, некоторые области всегда остаются "невидимыми" с места наблюдений. Кроме того, измерения нечасты, они делаются в узком диапазоне длин волн 0,4-0,7 µm (Bender 2006).

В отличие от этого спутниковые данные, такие как CERES, являются глобальным измерением коротковолнового излучения Земли, включают все эффекты свойств поверхности и атмосферы. По сравнению с измерениями пепельного света, они покрывают более широкий диапазон (0.3-5.0 µm). Анализ данных CERES показывает отсутствие долгосрочного тренда альбедо с марта 2000 по июнь 2005 года. Сравнение с тремя независимыми наборами данных (MODIS, MISR и SeaWiFS) демонстрирует "замечательное соответствие" всех 4-х результатов (Loeb 2007a).

Рис. 4 Месячные изменения средних значений CERES SW TOA flux and MODIS cloud fraction ().

Альбедо воздействовало на глобальные температуры - в основном в сторону похолодания в долгосрочной тенденции. Что касается недавних трендов, данные пепельного света показывают рост альбедо с 1999 по 2003 год с незначительным изменениями после 2003 года. Спутники показывают незначительные изменения с 2000 года. Радиационное воздействие от изменений альбедо в последние годы минимальное.