Весна наступит раньше

Смена сезонов над сушей в последние 50 лет ускорилась

За последние полвека приход весны в Европе, Азии и Америке ускорился на несколько дней. Раньше над сушей стала приходить и осень, а вот над океаном наблюдается противоположная картина. Причина растущего рассогласования в поведении температуры остаётся загадкой, объяснить её пока не смогла ни одна из климатических моделей.

Год от года весна и лето начинаются всё раньше и раньше, и за последние полвека эти сезоны стали обгонять положенный срок в среднем на двое суток, а местами – и на неделю. Однако не спешите винить в происходящем глобальное потепление – всё гораздо сложнее.

Если бы дело было только в повышении температур, то лето с весной спешили бы, а осень с зимой – запаздывали.

На деле же, раньше стали приходить и весна, и осень. Равно как и лето, и зима.

И эту странную особенность меняющегося земного климата не может объяснить ни одна из высоколобых – и невероятно сложных и требовательных к компьютеру – климатических моделей, существующих на сегодня. Это означает, что все они не учитывают чего-то важного, а чего именно – пока никому не ясно, полагают Александр Стайн и его коллеги из Гарварда и Калифорнийского университета в Беркли, сообщающие о странной спешке смены сезонов в последнем номере Nature.

Здесь следует сразу определиться, что подразумевается под спешкой сезонов и как её измерять. Вообще говоря, если по вашим наручным часам куранты на Спасской башне Кремля бьют слишком рано и с каждым часом спешат всё сильнее, то, скорее всего, это не кремлёвские часы разогнались – это ваши наручные отстают. Точно так же и с сезонами: если от года к году они у вас смещаются в одну и ту же сторону, то, скорее всего, что-то не так с вашим календарём. Например, юлианский календарь за почти два тысячелетия отстал от календаря естественного на 13 дней, григорианский – меньше чем на сутки.

Однако вариант с дурным календарём не проходит: смену сезонов определяет вращение Земли вокруг Солнца, а точнее – вызванные вращением периодические изменения положения Солнца относительно плоскости земного экватора. Этот период называется тропическим годом, и астрономы знают его с точностью до мельчайших долей секунды. Привязки к тропическому году Стайну было вполне бы достаточно, однако американцы пошли ещё дальше –

они вычислили задержку изменений температуры воздуха от изменений средней освещённости Солнцем заданного участка поверхности Земли.

Так, учёные разом учли и неравномерность движения Земли по орбите, и меняющееся расстояние до светила, и все прочие «астрономические» составляющие проблемы.

График изменения средней освещённости любой точки земной поверхности в умеренных широтах очень неплохо описывается синусоидой. Её период равен тропическому году, амплитуда меняется в зависимости от широты, а максимум и минимум совпадают с днями солнцестояний – летнего и зимнего соответственно. График изменения температуры на какую-либо простую кривую похож меньше – из-за переменчивости погоды, но если её усреднить по месяцам, то получается нечто, также более или менее напоминающее синусоиду. Её период – тоже год, у неё тоже есть амплитуда, а максимумы и минимумы следуют за аналогичными точками кривой освещённости с небольшой задержкой.

Стайн и его коллеги воспользовались архивом данных о погоде во всём мире, который собрали сотрудники британского Университета Восточной Англии, и вычислили отношение «температурной» и «световой» амплитуд, а также задержку между ними. Первая величина численно выражает связь между температурой и солнечным светом, вторая показывает, сколько времени требуется сложным и многообразным процессам в атмосфере, чтобы отреагировать на изменения в количестве поступающего света. Две величины – «отдачу» и «задержку» — учёные вычислили на географической сетке 5^ox5^o, сконцентрировавшись на умеренных широтах северного полушария.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "incutNum": 2,
    "picsrc": "Средневековая задержка реакции различных участков поверхности Земли на изменение их освещённости Солнцем. Значения (в сутках) показаны цветом в соответствии с приведённой шкалой, белые клетки означают отсутствие достаточного количества данных. // A. Stine",
    "repl": "<2>:{{incut2()}}",
    "uid": "_uid_2928165_i_2"
}

Поскольку астрономические сезоны точно фиксированы датами солнцестояний и равноденствий, то задержка – это очень хороший способ определить начало «температурных» сезонов в той или иной точке земной поверхности. Эта задержка достаточно велика и меняется от 2–3 недель в глубине континента до двух и более месяцев в океане, который за счёт гигантской теплоёмкости воды обладает большой температурной инерцией. В среднем на суше задержка составляет 29 дней, и именно поэтому самым холодным зимним месяцем считается январь, хотя меньше всего солнечных лучей мы получаем 22 декабря. В океане самые холодные дни приходятся на февраль (средняя задержка – 56 суток), а в некоторых районах могут протянуться и до марта.

А дальше Стайн и его коллеги попытались разобраться, что происходит с этой задержкой от года к году.

Как оказалось, на суше задержка в последние полвека уменьшается. А над морем – напротив, растёт.

В среднем в период с 1954 по 2007 год задержка над сушей сократилась на 1,7 суток (плюс-минус 0,8 дня), а над океаном – напротив, возросла на сутки. Таким образом и без того немалое рассогласование температурных изменений между водой и сушей будет лишь увеличиваться.

врез №
skin: article/incut(default)
data:

{
    "_essence": "test",
    "incutNum": 3,
    "picsrc": "Эволюция задержки за период с 1954 по 2007 год – в основном, в умеренных широтах Северного полушария Земли. Тренд в целом отрицательный над сушей и положительный – над океаном, так что разрыв между циклами изменения температуры уши и океанов увеличивается. Значения (в сутках, суммарные за 54 года) показаны цветом в соответствии с приведённой шкалой, белые клетки означают отсутствие достаточного количества данных.
Аналогичный график для коэффициента отдачи (отношения амплитуд) обладает схожей структурой – в среднем, отдача над сушей уменьшается. Это традиционно связывают со смягчением климата, вызванным опережающим ростом зимних температур в сравнении с летними. Вместе с тем, есть и исключения – например, в Западной Европе летние температуры растут быстрее зимних, и за счёт этого (относительно небольшой, надо признать) температурный контраст между летом и зимой растёт. // A. Stine",
    "repl": "<3>:{{incut3()}}",
    "uid": "_uid_2928165_i_3"
}

И здесь, конечно, так и подмывает предсказать увеличение числа ураганов и тайфунов из-за усиления температурного контраста, однако работа Стайна как мало какая другая удерживает от каких бы то ни было прогнозов. Ведь

из 72 компьютерных прогонов климатической модели, одобренной Межправительственной группой экспертов ООН по изменению климата (IPCC), ни одна не показала хоть какого-то смещения сезонов.

Более того, даже когда учёные насильно скормили 25 моделям атмосферы данные о температуре воды за последние 20 с лишним лет, ни одна из них, прекрасно справляясь с предсказанием статистических свойств температуры, не давала даже намёка на сдвиг сезонов в нужном направлении. Скорее, наоборот, из-за «заторможенности» океанов едва заметно, на грани статистической погрешности, возрастало и время реакции суши.

Причины, по которым времена года на суше стали приходить всё раньше, а в океане всё позже, пока скрыты от исследователей.

Стайн и его коллеги перечисляют несколько вариантов – например, уменьшение влажности почвы на 10–20% способно объяснить наблюдаемый тренд для суши; однако почвоведы пока даже не могут согласиться между собой, насколько и в какую сторону изменилась влажность суши в среднем. Другой вариант – это изменение прозрачности атмосферы над континентами примерно на 10%; но это очень большое значение, которое уже давно бы заметили физики и метрологи, занимающиеся измерением абсолютных потоков энергии от звёзд и Солнца.

Одно можно сказать с уверенностью – каков бы ни был конкретный механизм, он наверняка связан с деятельностью человека. Дело в том, что загадочный сдвиг начал проявляться лишь с середины XX века. До этого долгие годы задержка между солнцем и температурой для каждого участка земной поверхности оставалась более или менее стабильной. Люди в очередной раз показали, что могут влиять на природу так, как даже сами понять не в состоянии.