Рис. 2. Осадки, дневные и ночные температуры, зафиксированные на отдельных метеостанциях
В умеренных климатических зонах северного и южного полушария четыре времени года прослеживаются более или менее отчетливо. Для тропических зон или для регионов вблизи полярных кругов это деление уже не действует, так как динамика температур в этих областях выглядит иначе. В тропиках, где осадки имеют гораздо бóльшее значение, чем температура, во многих областях вместо «годового цикла» с годовым минимумом или максимумом существует «полугодовой цикл» с двумя годовыми минимумами и максимумами. Это связано с тем, что там дважды в год солнечные лучи падают на Землю под прямым углом. Примером таких регионов могут служить Мумбаи в Индии, Рангун в Мьянме или Дарвин в Австралии.
На графиках 2 и 3 отображено среднее количество осадков, которое также может сильно варьироваться от станции к станции. Для регионов с муссонным климатом, в частности для Мумбаи, характерно чередование двух сезонов – сухого и влажного. В других регионах, например, в Гамбурге, Хобарте или Нью-Йорке, наблюдается умеренное количество осадков. Бимодальное распределение с двумя минимумами и двумя максимумами прослеживается на диаграммах Найроби в Восточной Африке и Боготы.
Таким образом, времена года в значении универсального климатического ориентира были изобретены людьми, населяющими умеренные климатические зоны. В повседневной жизни смена времен года многими воспринимается положительно. Те, кто родился в зоне умеренного климата, а проживает в другой климатической зоне, где нет четко выраженных времен года, считает их отсутствие едва ли не недостатком своей новой окружающей среды.
Утвердившийся в конце прошлого столетия научный подход к климату стал причиной того, что субъективные, неопределенные классификации климатических условий, выраженные, например, в таких фразах, как «Зимой в нашем регионе суровый климат» или объективными инструментальными наблюдениями. Одним из первых примеров методологически обоснованной техники и процедуры измерения можно считать результаты, полученные вышеупомянутым обществом «Societas Meteorologica Palatina»1 в 1775 году в период Рождественских праздников в различных городах Европы.
Рис. 3. Осадки, дневные и ночные температуры, зафиксированные на отдельных метеостанциях
С тех пор как климатология достигла такого уровня, что может выразить категорию климата в количественных показателях, приходится решать вопрос о том, что из огромного количества данных имеет информативную ценность для общества и науки. Другими словами, необходимо ограничивать число возможных наблюдений такими переменными, которые могут быть измерены надежными методами, обладают практической ценностью и репрезентативны для той или иной области и временного промежутка.
Наряду с важнейшими (био-) климатическими переменными, такими как (приземная) температура и осадки, ведутся регулярные наблюдения влажности, ветра, облачности, продолжительности солнечного сияния. Еще одна климатическая переменная, наблюдаемая уже не метеорологическими, а гидрографическими службами, – это уровень воды у побережий океанов, внутренних морей и рек.
Научное изучение климата легло в основу надежного описания климатических переменных и привело к применению в этой области языка цифр. Начались поиски методов, которые бы позволили измерить климатические переменные таким образом, чтобы полученные числовые данные были, с одной стороны, воспроизводимыми для того или иного региона, а с другой стороны, сопоставимыми с другими регионами.
Эта задача сложнее, чем кажется на первый взгляд. Так, например, среднее значение дневной температуры может меняться просто потому, что измерения проводились не в 6.00, 12.00, 18.00 и 24.00, а в 7.00, 13.00, 19.00 и 1.00. По приблизительным расчетам, проведенным в начале 1940-х годов, температура поверхностных вод в океане понизилась почти на полградуса, но связано это с тем, что в эти годы для измерения температуры поверхностных вод использовали не ту воду, которую черпали за бортом судна, а охлаждающую воду в моторном отсеке.
История метеорологии и океанографии пестрит подобными случаями «неоднородности» результатов наблюдения. Нередко статьи, привлекающие внимание общественности, отражают изменения не в самой климатической системе, а лишь в способе сбора и обработки данных. Использование информации из Интернета лишь усугубляет эту проблему.
Рис. 4. Динамика изменения давления в декабре 1775 г. в Лондоне, Регенсбурге и Санкт-Петербурге по результатам измерений Societas Meteorologica Palatina (Источник: Lüdicke 1997).
Ниже мы приводим некоторые примеры подобной «неоднородности» климатологических данных, отражающих несуществующие тенденции. Их появление связано не с изменением климатических условий, а с введением новых техник наблюдения и другими изменениями в окружающей среде.
В первом примере речь идет о наблюдении сильных ветров в Гамбурге. Результаты наблюдений представлены в виде средних значений за десять лет, обобщающих количество дней с силой ветра в 7 баллов и более в каждый год (рис. 5). Согласно графику, в период с 1951 по 1960 год частота сильных ветров резко сократилась: с 90 до 10 сильных ветров в год. Этот спад, однако, никак не связан с изменениями в климате, а объясняется изменением процедуры наблюдения, а точнее, перемещением пункта наблюдения из морской метеорологической службы в Санкт-Паули в аэропорт Фульсбюттель. Следует отметить, что эти наблюдения верны, но они явно не репрезентативны в отношении ветрового климата Гамбурга. Представленные на рисунке 5 данные в такой форме не могут быть использованы для того, чтобы ответить на стандартные климатологические вопросы: «Насколько высок риск сильного ветра в Гамбурге?» или «Меняется ли частота сильного ветра в Гамбурге?»
Рис. 5. Средний показатель годовой частоты сильного ветра (сила ветра более 7 баллов) в Гамбурге за 10 лет. Резкое снижение частоты в районе 1950 года вызвано сменой места проведения наблюдений, т. е. данные не репрезентативны для Гамбурга.
Второй, похожий пример связан с наблюдениями торнадо в Соединенных Штатах Америки (см. рис. 6). До 1870 года сообщения о торнадо появлялись лишь время от времени и обычно носили характер занимательных историй. Лишь впоследствии служба связи американской армии начала систематический сбор сообщений о торнадо. Правда, в тот момент эти меры пришлись не ко времени с политической точки зрения, так как эти страшные природные явления могли отпугнуть переселенцев. По этой причине в конце 1880-х гг. наблюдалась тенденция занижать уровень опасности торнадо, но через несколько лет такой подход снова был откорректирован.
Третий пример – это так называемый «эффект города». Уже давно известно, что температура в городах выше, чем за пределами городской застройки. В городах воздух охлаждается медленнее, чем в сельской местности, так как в городе меньше участков с открытой почвой и, соответственно, меньше испарений1. В Центральной Европе эта разница может превышать 1 градус. Проследим данный эффект на рисунке 7, на котором отображены температурные ряды для двух соседних населенных пунктов в канадской провинции Квебек. Метеорологическая станция «Шербрук» фиксирует климатические условия постоянно растущего города Шербрука, тогда как станция «Шоиниган» отображает климат сельского региона вокруг местечка Шоиниган. В 1966 году станция «Шербрук» переместилась из центра города в расположенный за его пределами аэропорт. Очевидно, именно после этого произошло резкое изменение в измерениях, схожее с тем, которое мы наблюдали в связи с ветровым климатом Гамбурга: станция Шербрук перестала быть репрезентативной для территории города Шербрука и тем более для его пригородов. В городе, за исключением резкого понижения температуры в 1966 году, мы видим постоянное потепление, в отличие от сельской метеостанции. Таким образом, метеостанция «Шербрук» тоже не пригодна для климатологических исследований, поскольку отражает климатические условия исключительно того места, где проводятся измерения. Их результаты не могут быть использованы ни для планирования сельскохозяйственных работ, ни для обоснованной оценки того, в какой мере актуальные колебания климата свидетельствуют о систематических изменениях климатических условий. Одним из следствий систематического потепления в черте города является то, что наблюдения за температурой на городских станциях не могут использоваться для определения средних значений для региона и тем более для всего земного шара. Поскольку ранние метеонаблюдения (самые первые из которых относятся к XVII веку, в частности, наблюдения в Болонье) проводились в основном в городах, климатология, реконструируя климатические колебания в прошлом, вынуждена отказываться от важного материала, что весьма досадно, так как оценить нынешнее потепление можно лишь сравнив его с прежними тенденциями потепления, обусловленными естественными процессами. Для этого необходимы данные, фиксирующие температурные ряды для максимально продолжительного периода в прошлом, когда еще не было повышенной концентрации парникового газа.
