Глобальное потепление ослабляет тропические циклоны. Сделает ли это климат в России более суровым?
Этот прогноз выглядел неблагоприятно для южных стран, которые и так страдают от ураганов, но оптимистично — для России, лежащей далеко от теплых морей. Ведь циклоны не только порождают бури, но и приносят вглубь материка мягкие зимы и осадки, без которых основная часть страны была бы безрадостно-континентальной Монголией. Однако новые научные работы показывают обратное: циклонов от потепления все меньше, да и их энергия снижается. Южные страны вздыхают с облегчением, а часть России превращается в полупустыню? Naked Science попробует разобраться в деталях этого вопроса.
Авторы новой статьи в Nature неумолимы: тропических циклонов в XX веке стало меньше, особенно после 1950 года, когда начало быть заметным влияние глобального потепления. Тропические циклоны выделяются особо, поскольку циклоны вне тропических широт хотя могут возникать, но намного слабее тропических сородичей и поэтому куда слабее влияют на людей и климат.
Исследователи опираются для сравнения на данные позапрошлого века, и к этому при желании можно придраться. Но, на самом деле, нельзя. Да, в конце XIX века не было спутниковых снимков, так что циклоны над океаном регистрировали далеко не все. Но в наше время их регистрируют полностью. Если мы недооцениваем число циклонов в доспутниковую эру, верно оцениваем сегодня, и у нас все равно получается, что циклонов стало меньше — значит, их в самом деле стало меньше.
Другая работа (опубликована нынешней весной) добавляет негатива: убывает не только количество циклонов, но и их общая энергия. Эта же статья проливает свет на часть причин, по которым ранее множество ученых считали, что циклоны, напротив, становятся чаще и растут в интенсивности. Авторы отмечают: короткоживущие (менее 48 часов) циклоны заметной силы (получающие имена собственные) в 1990-2021 годах стали регистрироваться чаще, чем раньше. Суточные усиления циклонов до скоростей в 93 километра в час и выше тоже участились. Наконец, вырос ущерб от тропических циклонов.
Тропический циклон, вид из космоса
Wikimedia Commons
Однако, как утверждают авторы второй из этих научных статей, это были ложные, неверно интерпретированные сигналы. Короткоживущие циклоны просто не успевают дойти до суши — рассеиваются раньше. Естественно, что до 1990 года их регистрировали реже, чем сейчас: спутниковых наблюдений было намного меньше, а без таких наблюдений зафиксировать сам циклон сложно.
Дожди в Крыму, на Кубани и в Северной Турции в конце июня этого года кажутся нам очень сильными, но на фоне тропических циклонов они смотрятся более чем умеренно. Это тоже последствия циклонов, но заметно менее сильных, доморощенных
Ventusky.com
Увеличение ущерба от циклонов тоже поняли неверно: не приняли во внимание, что стоимость зданий и сооружений на морских берегах сегодня многократно выше, чем несколько десятков лет назад. А если измерять не в абсолютных цифрах, а в долях от ВВП, оказывается, что роста ущерба и нет. Другая методологическая ошибка: множество работ об «усилении и росте частоты» ураганов написаны только по данным Северной Атлантики — благо именно этот регион чаще всего рождает ураганы, приносящие разрушения в США, где большинство авторов таких работ и жили. И как раз в Северной Атлантике некоторый рост по циклонам есть, но он более чем компенсируется снижением их количества в остальных регионах планеты.
Можно было бы смириться с падением числа тропических циклонов, если бы оставшиеся прибавили вместо этого в силе. Но и сила их, увы, убывает. Причины всего этого пока не ясны. Возможно, дело в том, что циклоны сильно перемешивают морскую воду под собой, поднимая с глубины более холодную.
Нормализация ущерба от циклонов с учетом развития мировой экономики тоже не показывает какого-либо роста
Wikimedia Commons
Ясно, что после этого испарение с поверхности моря резко сокращается, а циклон начинает угасать. Даже если глобальное потепление дает больше «пятен» морской поверхности, где теплее плюс 26, поэтому проще возникнуть циклону, то большая интенсивность этого события может вести к ускорению его же гибели: чем сильнее циклон, тем проще ему подавить самого себя, подняв холодные воды из глубины. Здесь могут работать и множество других факторов, которые мы не будем даже упоминать, чтобы не превращать текст в книгу.
Возникает вопрос: разве это плохо? Нам десятки лет рассказывали, что глобальное потепление усиливает циклоны и делает их чаще и что это одно из наиболее неприятных последствий изменений климата. Теперь же оказывается, все ровно наоборот: потепление угнетает циклоны, делает их слабее и реже. Разве этому не надо радоваться?
Однако жителям России тут впору как раз начать беспокоиться. Чтобы объяснить причину такого беспокойства, нужно сначала вспомнить, что такое вообще этот самый тропический циклон и почему мы живы во многом именно его милостью.
Хиросима каждые две с половиной секунды
Тропические циклоны — нечто такое, что сложно представить человеку, который не видел их своими глазами. Любые описания меркнут перед попаданием в него. Тот, кто видел их сам, никогда не скажет: да просто в Соединенных Штатах дома делают из картона и палок, поэтому там столько разрушений. Унесенный ветром пикап, перевернутые, как игрушки, железнодорожные вагоны — вполне реальное последствие именно тропического циклона, а не какого-то (куда более экзотического) торнадо. Если вы попадете в нечто подобное и вам не за что зацепиться — поверьте, хороший ураган вполне способен превратить в летуна против воли и вас. Просто внимательно посмотрите на видеозапись типичного циклона пятой категории (всего таких категорий пять, эта высшая):
Ничего подобного в наших широтах (к счастью) не бывает — по крайней мере, в исторической памяти современного человечества. Причина — в физике. Нормальный тропический циклон начинается там, где морская вода нагрета выше плюс 26 и над ее поверхностью дуют ветра (в начале — хотя бы легкие). Они закручивают поднимающийся водяной пар, постепенно образуя «воронку», «глаз» циклона. В этом центре водяной пар поднимается выше, где соприкасается с холодным воздухом верхних слоев атмосферы, там охлаждается и конденсируется в капли, давая тяжелые плотные облака.
Испарение отнимает тепловую энергию у воды, но конденсация возвращает тепло обратно. Как только она начинается, циклон перестает быстро терять тепловую энергию и становится псевдостабильным образованием.
В земных условиях именно «псевдо» — ниже мы поясним почему. На Юпитере, впрочем, нечто отдаленно похожее, хотя и принципиально другого состава, существует много веков подряд (Большое красное пятно).
На Земле циклоны сотни лет не живут. Земной циклон постоянно раскручивается извне только до тех пор, пока под ним — теплая вода. Потому что именно большее количество только что испарившегося водяного пара увлекает с собой вверх большой объем воздуха. За счет этого циклон буквально «создает пустоту»: на место поднятого воздуха не успевает прийти новый.
Давление в центре циклона падает, причем сильно. Вокруг нас, на уровне моря, оно обычно 1,01 бара. Однако в центре циклона составляет от 0,95 бара и ниже. В рекордном тропическом циклоне «Аида» давление в центре падало даже до 0,877 бара. Чтобы компенсировать такое огромное снижение давления — более чем на одну восьмую, — воздух рвался к центру циклона с огромной скоростью (до 300 километров в час). Именно скорость ветров вокруг глаза — главный убийца и разрушитель, супероружие циклона, которое он несет с собой, куда бы ни двинулся.
Типичные циклоны показаны темно-синим, южное полушарие, конец июня 2022 года
Ventusky.com
Наиболее сильные тропические циклоны (ураганы) в минуту выделяют энергию, равную взрыву 500-килотонной атомной бомбы. Это означает одну Хиросиму каждые 2,4 секунды — так что несложно понять, отчего вопрос о тропических циклонах так сильно волнует всех, кто живет к ним достаточно близко. В частности, жителей США и Западной Европы. Если бы мы жили рядом с природными явлениями, выбрасывающими по Хиросиме в 2,4 секунды, тоже были крайне озабочены обороной от них.
Если циклон тропический, как же он достигает Европы и Штатов? Просто: циклон вращается («эффект Кориолиса»), но из-за взаимодействия с ветрами постепенно движется с запада на восток. Скажем, из Мексиканского залива наискосок через Атлантику в Европу.
Что американцу плохо, то русскому — жизнь?
К нам такой циклон приходит уже после длительного путешествия над сушей. Здесь его не подпитывает тепловая энергия испаряющейся в поверхности моря воды, поэтому он слабеет до такой степени, что просто гнет деревья, но дело обходится без массового переворачивания грузовиков и тому подобного. Поэтому то, что для южных народов часто означает смерть, в России — явно благо. Именно циклоны приносят к нам осадки и, что очень важно, тепло.
Дело в том, что наша страна — как, впрочем, и все зоны выше 40-го градуса широты — энергодефицитна и существует как явление исключительно за счет постоянного импорта энергии из южных широт. Как хорошо видно на иллюстрации, мы излучаем в космос намного больше энергии, чем получаем из него с солнечными лучами.
Синим показана энергия входящего (солнечного) излучения, согревающего нашу планету. Красным пунктиром показано исходящее от нее в космос излучение. У самого экватора Земля получает куда больше энергии, чем отдает. Главная причина: облака, типичные для экваториальной зоны, блокируют потерю энергии в космос через ИК-излучение. Однако начиная с сороковых широт солнечные лучи падают уже под большими углами, а более прохладный климат означает меньшее содержание водяных паров в воздухе. От этого тут меньше облаков, и потери энергии в этих районах планеты превышают получаемое от Солнца. Если бы не перенос тепла и влаги с юга, жить севернее и южнее 40-го градуса было бы невозможно
Причин этому две. Во-первых, солнечные лучи на бóльшую часть территории Земли под прямым углом падают редко, а на экваторе — практически постоянно. Поэтому тепла в космос с ИК-излучением от своей поверхности мы отдаем примерно как на экваторе, а получаем — намного меньше. Во-вторых, на экваторе жарко, так что в воздухе постоянно много водяного пара.
Это отличный парниковый газ, но, в отличие от углекислого, он «теплозависим»: с падением температуры его концентрация снижается лавинообразно. В России полгода холодно настолько, что его в воздухе на порядок меньше, чем на экваторе. Поэтому в холодное время годы мы отдаем в космос намного больше тепловой энергии, чем экваториальная зона.
Так было не всегда. При динозаврах СО2 в воздухе было много больше, на побережье Северного (не)Ледовитого океана был климат нынешней Москвы. А на широте Москвы, соответственно, было теплее, чем сейчас на северном побережье Черного моря. То есть в средних широтах водяного пара в воздухе было больше, и эти регионы не были настолько энергоубыточны. Сейчас все по-другому, и ситуацию надо четко осознавать, иначе мы не поймем, отчего России так важны циклоны.
А ведь именно они — один из существенных переносчиков теплого воздуха и осадков, один из главных импортеров энергии в зону, где нормальная жизнь без постоянного импорта с юга в принципе была бы невозможна. Если циклоны по мере глобального потепления будут убывать, нас может постигнуть печальная судьба современной Центральной Австралии или Сахары. Нет циклонов — не будет воды, нет воды — нет растений, а без всего этого скончается экономика. Кстати, Роман Вильфанд, научный руководитель Гидрометцентра, уже обещает нечто подобное — более засушливый климат. Правда, пока только для южных регионов страны: Крыма, Ставрополья, Краснодарского края.
Спокойствие, только спокойствие
Внимательный читатель может задаться вопросом: если частота тропических циклонов падает уже век, а сила — минимум 30 лет, разве мы не должны заметить сокращение количества осадков и тепла уже сейчас? И, следовательно, падения урожаев? Но почему этого не замечаем?
А не замечаем потому, что ничего подобного не происходит. Тепла становится больше. Осадков в России становится больше: в 2021 году их было 107% от нормы 1961-1990 годов. Больше нормы их было и в 2020-м, и в 2019-м, и так далее.
Урожаи, соответственно, становятся все больше, отчего пять лет назад Россия даже заняла первое место по экспорту зерна, чего не случалось с самого 1913 года. На юге страны урожаи растут особенно быстро, как и в Приволжье. Формально осадков там стало чуть меньше: на 0,4% в Южном федеральном округе и на 0,9% в Приволжье. Но это случилось за счет снижения количества осадков летом и осенью, а вот весной их стало больше.
Между тем для выращиваемых там культур количество осадков именно весной играет ключевую роль. Как заключает Росгидромет: «Положительная тенденция к росту весенних осадков наблюдается на всей территории земледельческой зоны России и в среднем составляет пять миллиметров на 10 лет с максимумом в ДВФО (шесть миллиметров на 10 лет) и минимумом в СКФО (три миллиметра на 10 лет)».
Более того: можно смело прогнозировать, что рост урожаев России продолжится, в том числе на юге. Почему?
Деревянный признак стабильности
Дело в том, что у нас есть хоть и косвенные, но довольно надежные индикаторы. Самый простой из них — граб.
Около 125-120 тысяч лет назад во всем мире внезапно стало очень тепло — на дворе была теплейшая часть микулинского межледниковья. Средние температуры на планете поднялись примерно до плюс 16 (сегодня — плюс 15), такие же ожидаются к концу XXI века. В 2014 году группа российских исследователей выпустила работу с характерным названием «Применение метода палеоаналогов для предсказания динамики растительности из-за изменения климата». Авторы сконцентрировались на лесах Центрального лесного заповедника в южной части Валдайской возвышенности. Сегодня это стык южной тайги и широколиственных лесов.
Граб — дерево относительно низкорослое, не выше 30 метров, в неблагоприятных обстоятельствах может выглядеть как высокий кустарник
Wikimedia Commons
В работе отмечается, что внутри микулинского межледниковья были два особо теплых подпериода — M5, он же «липовая зона», и M6, «грабовая зона». В последний период, который длился несколько тысяч лет, средняя температура июля в зоне Центрального заповедника была на два-четыре градуса выше современной. А января — на 3,5-9,5 градуса выше современной. Так вот: судя по пыльце, в этой зоне тогда вообще пропала ель, которой сегодня там не мало. Доминирующим деревом оказался граб.
Нашему соотечественнику не так просто представить эту ситуацию. В основном потому, что там, где мы живем сегодня, никакого естественно растущего граба нет. Иногда его сажают в городских парках, но без особого энтузиазма: морозостойкость плохая. Именно поэтому сегодня его распространение кончается примерно на бывшей западной границе СССР.
Но у граба плохо не только с морозостойкостью. Еще у него очень плохо с засухоустойчивостью: он растет на затененных, увлажненных почвах. Именно поэтому (что хорошо видно на карте) обычный граб сам по себе практически не растет в Испании и Южной Италии.
Распространение граба в наши дни. Зеленым показан нормальный ареал, треугольниками — отдельные изолированные островки. В условиях будущего климата грабовая зона сдвинется не менее чем на тысячу километров к востоку и весьма значительно к северу
Wikimedia Commons
«Деревянный индикатор» здесь исключительно значим, и вот почему. Авторы упомянутой работы точно подмечают: когда ударило микулинское межледниковье, граб распространялся на восток и север со скоростью 300-700 метров в год. Между тем, чтобы погибнуть полностью, грабовому лесу нужно всего несколько особо морозных зим или несколько особо засушливых лет. То есть наступает он исключительно медленно: чтобы достичь Валдая, ему потребовалось заведомо более тысячи лет. А вот отступает, «чуть что не по нем», быстро.
Иными словами: грабовая зона означает, что климат раннего микулинского межледниковья был, по нынешним меркам, исключительно стабильным. Засушливые годы, как и морозные, были сверхредким исключением. В противном случае грабовая зона никогда не достигла бы Валдая.
Из этого следует простая вещь: средняя полоса России при дальнейшем усилении глобального потепления не потеряет влагу и даже не станет особенно жаркой. Она просто станет, скорее всего, устойчиво маломорозной. Следует понимать, что граб массово распространился по Русской равнине не только на Валдае, но и во многих других точках. Это не случайность: климат на ней тогда был относительно однороден.
Каспий и Черное море около 120 тысяч лет назад были соединены водным путем там, где сегодня никакой воды нет. Серым показана область, которая сейчас находится на суше, а тогда была морским дном. Судя по ней, воды на юге России при потеплении меньше не станет
Wikimedia Commons
Более того, в каком-то смысле он был даже однороднее, чем сегодня. Обратим внимание на Каспийское море. Сегодня у этой юго-восточной части границы Русской равнины довольно сухо. А вот 125-120 тысяч лет назад Каспий разлился (позднехазарская трансгрессия) и занимал всю Прикаспийскую низменность. Тем временем это практически невозможно без серьезных дождей, серьезно подпитывающих его. Получается, и на юге европейской части России с влагой в ту пору все было нормально.
Получается, ослабление циклонов не мешает переносу тепла и воды в наши широты?
Метод палеоаналогов, при всем внушаемом им в описываемом случае оптимизме, порождает вопросы. Например, такой: если циклоны по мере потепления ослабевают, то что приносило в наши края (в «грабовую зону») тепло и влагу 120 тысяч лет назад?
Пока на этот вопрос исключительно сложно ответить. Мы можем найти пыльцу граба, но не можем найти метеосводки 120-тысячелетней давности. Моделирование, как теперь стало ясно, не сообщает никаких непротиворечивых данных о судьбе тропических циклонов при глобальном потеплении. Иначе основывавшиеся на нем исследователи не рассказывали бы нам много лет подряд о том, что «потепление делает циклоны более частыми».
Тем не менее это не означает, что климатология как наука ничего не в силах рассказать нам о будущем. Просто процитируем:
«Важным следствием увеличения разности между температурой в экваториальных и полярных широтах [в холодный период] было усиление пояса высокого давления, расположенного в тропических и субтропических широтах. Так как в зоне высокого давления выпадает мало осадков, в настоящее время в этой зоне расположены пустыни, степи и саванны, которые были гораздо меньше распространены в эпохи теплого климата».
Автор этих строк — Михаил Будыко, ученый, первым в мире заявивший о неизбежности глобального потепления и еще в 1970-х предсказавший повышение глобальной температуры на градус к 2020 году, свидетелем которого мы все стали. Поскольку Будыко — климатолог, сходу понять, что он говорит, не так просто.
Атмосфера Земли в ее нижних слоях будто рассечена несколькими поясами высокого давления. Один из них — конские широты. Так их назвали века назад за доминирующие там штили и безветрия. Из-за них экипажи кораблей были вынуждены выбрасывать за борт лошадей или их скелеты: воды для перевозимых животных объективно не хватало
Wikimedia Commons
Что такое «пояса высокого давления, расположенного в тропических и субтропических широтах»? Отчего «в зоне высокого давления выпадает мало осадков»?
Около экватора нашей планеты давление атмосферы относительно низкое. Оно и не может быть высоким: у экватора все время жарко, испаряется много воды. Водяной пар многократно легче воздуха, и чем больше его в воздухе, тем воздух легче, а давление внизу «воздушного океана» — ниже.
Однако при подъеме до 30-го градуса северной или южной широты мы упираемся в субтропическую область высокого давления. Здесь начинаются так называемые Конские широты. Они получаются как раз потому, что воздух у экватора насыщен водяными парами. Это делает его легче, и он поднимается вверх.
Корабль на картине обозначен весьма вольно, но такова фантазия художника
Wikimedia Commons
Но в верхней части тропосферы холодно: воздух постепенно охлаждается. Водяной пар в нем конденсируется в капли, те проливаются вниз дождями, и охлажденный — а также потерявший часть воды — воздух начинает «тонуть». Тонуть в прямом смысле: чем воздух холоднее и чем меньше в нем воды, тем он тяжелее, причем разница в весе кубометра холодного и сухого воздуха и теплого и влажного легко достигает десятков процентов.
У экватора теплее, чем в более высоких широтах, поэтому в норме ветер дует от экватора к полюсам. С собой он приносит этот «тонущий» высушеный воздух. Спускаясь с 10-12 километров из приэкваториальной зоны, такой воздух по пути сжимается: у поверхности Земли давление выше, чем на высоте. По мере сжатия воздух нагревается. Следовательно, давление снова повышается, но на этот раз куда сильнее, чем у поверхности Земли на экваторе. Ведь водяного пара тут мало.
Такой плотный воздух образует настоящий пояс относительно высокого давления, тянущийся и через Сахару, и через открытое море. Поскольку давление там выше, чем в соседней экваториальной зоне, ветру с экватора трудно продолжить путь на юг. Он начинает отдавать свою энергию формирующимся циклонам — и уже те, накопив огромную энергию, «прорывают» оборону пояса высокого давления, принося в итоге тепло и осадки на север. По сути, циклоны — огромные вращающиеся «консервы», в которых высокие широты импортируют энергию из нижних.
Около 30 градуса северной и южной широты сухой воздух опускается к поверхности. попутно сжимаясь от растущего давления и за счет этого снова нагреваясь. Только на этот раз влаги в нем практически нет, поэтому на суше ему соответствует Сахара и сходные с ней неприятности. Одновременно этот сухой воздух оказывается слишком плотным, чтобы спокойно пропускать через себя ветра в северном направлении. Похоже, потепление может не пощадить эту картину, солидно уменьшив размер земных пустынь и сделав теплее земные приполярные области
Wikimedia Commons
Блокирующий пояс высокого давления действительно тем сильнее, чем выше разность температур между экватором и полюсом. А эта разница тем больше, чем ниже средняя температура на планете. На Земле сегодня средняя температура — плюс 15. Поэтому сейчас у экватора среднегодовая температура воды редко выше плюс 26, а у полюсов она может быть и плюс один градус. Разница — около четверти сотни градусов.
В тепловом пике мезозоя у экватора морская поверхность была плюс 30, а у полюсов — плюс 15 (от плюс 14 зимой до плюс 17 летом). Выходит, разница температур воды была вдвое ниже современной.
Естественно, пояс высокого давления, частично блокирующий перенос тепла с юга на север, в ту пору (да и в любое сильное потепление) был заметно слабее, чем сейчас.
Практически все сильные циклоны образуются в низких широтах: ведь энергии отсюда сложно попасть в более высокие с обычными ветрами. Слишком уж мешают пояса высокого давление, начинающиеся у 30-го градуса широты
Wikimedia Commons
Из этого следует довольно важный вывод. Идущее глобальное потепление уже снизило разницу температур между экватором и полюсом. И тем более оно снизит ее к концу этого века. Следовательно, пояс высокого давления в Конских широтах уже ослабел и станет еще слабее. В его отсутствие ветра, дующие от экватора, смогут преодолеть блокаду — и устремиться на север.
Вероятно, при этом они будут отдавать меньше энергии циклонам, ведь эти ветра не будут «толпиться у стенки» пояса высокого давления, раз та ослабнет. Но ослабление циклонов и снижение их числа не станет катастрофой. Просто часть «циклонической» работы по переносу влажных воздушных масс с севера на юг теперь возьмут на себя обычные ветра — без разрушительной мощи крупных ураганов.
Можно сказать иначе: тепло и влага будут «импортироваться» в наши края не в виде огромных «вращающихся консерв»-циклонов, а непрерывным конвейером обычных ветров. Без такого шума и столь зрелищных разрушений, но ничуть не менее эффективно.
Подведем итоги. Падение числа и силы циклонов — заметное изменение в окружающем нас мире, по-настоящему серьезное событие. Однако и аналогия с прошлыми потеплениями, и просто внимательный взгляд на современный климат демонстрируют, что оно только выглядит опасным.
На деле мир не прекратит снабжать области высоких широт (то есть, в частности, территорию России) огромным количеством тепла и водяных паров, принесенных с экватора. Возможно, «энергетический экспорт» в нашу страну даже увеличится. Настолько, что уже к концу XXI века граб снова почувствует себя своим в российских лесах.