Может ли в Москве быть ещё жарче?

номальная жара, случившаяся нынешним летом, поставила ряд вопросов перед учёными-климатологами. На один из них – будут ли когда-нибудь побиты температурные рекорды июля-августа 2010 года – в статье для STRF.ru подробно ответил замдиректора Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН Александр Гинзбург. Александр Гинзбург

Парниковый эффект земной атмосферы – 33 градуса!

Выступая в начале августа на одной из многочисленных пресс-конференций, посвящённых температурным рекордам нынешнего лета, руководитель Росгидромета РФ Александр Фролов сказал, что аномально жаркой погоды, подобной нынешней, на территории России не было, по меньшей мере, за последнюю тысячу лет. При этом он отметил, что, несмотря на новизну ситуации, аномальная жара в России не может стать ни подтверждением, ни опровержением теории глобального потепления климата, для этого необходимы наблюдения в течение десятков лет, а нынешняя чрезмерно тёплая для центральной России погода может быть объяснена лишь изменчивостью климата. «Климат стал более нервным», - охарактеризовал ситуацию г-н Фролов.

Мы же решили задаться вопросами: если лето 2010 года в московском регионе стало самым жарким за последнюю тысячу лет, то может ли, в принципе быть ещё жарче и, если да, то насколько.

Чтобы попытаться ответить на них, надо для начала представить себе, какие температуры на Земле теоретически и практически возможны. Сначала рассмотрим глобальные потоки энергии в климатической системе и баланс энергии на верхней границе атмосферы и на поверхности Земли. Наиболее современные оценки средних глобальных потоков энергии, опубликованные в 2008 году в Бюллетене американского метеорологического общества, представлены на рисунке, русскоязычная версия которого выполнена В.А. Фалалеевой.

Потоки энергии в климатической системе Земли

Средний по всей планете баланс лучистой энергии на верхней границе атмосферы равен нулю, то есть приходящее к Земле солнечное излучение (инсоляция) в точности компенсируется отраженным солнечным излучением и уходящим в космос тепловым излучением поверхности и атмосферы Земли. Поток солнечного или теплового излучения соответствует некоторой температуре так называемого «абсолютно черного тела». При этом поток излучения пропорционален четвертой степени абсолютной температуры, измеряемой в градусах Кельвина (К). Напомним, что ноль градусов Цельсия (С) равен 272,15 К. Коэффициент пропорциональности между потоком излучения и четвертой степенью абсолютной температуры называется постоянной Стефана-Больцмана.

Инсоляция на орбите Земли равна 1365 Вт/м2. Если на этом расстоянии от Солнца перпендикулярно солнечным лучам расположить абсолютно черную и нетеплопроводную пластинку, то температура ее обращенной к Солнцу стороны будет равна 394 K или 1210 C. Поскольку площадь поверхности шара ровно в четыре раза больше площади круга с тем же радиусом, то средняя по всей Земле инсоляция равна 341 Вт/м2 и соответственно эффективная температура Земли как «черного тела» равна 278,5 K или 5,50 C. Однако Земля не является «черным телом», она имеет отражательную способность или альбедо - 0,3. Потому эффективная температура Земли равна 255 K или -180 C.

По данным многолетних метеорологических наблюдений температура воздуха у поверхности Земли в среднем не равна ни одной из представленных выше температур. В реальности она близка к 150 C, что на 33 градуса теплее эффективной температуры Земли. Эти 33 градуса и есть парниковый эффект земной атмосферы. Чтобы понять, как формируется средняя приземная температура воздуха, рассмотрим баланс энергии на поверхности Земли, например, на урбанизированной территории московской агломерации. Такой баланс включает в себя приходящее к поверхности Земли суммарное (прямое и рассеянное) солнечного излучения, отраженное от поверхности солнечное излучение, тепловое излучение поверхности, пропорциональное четвертой степени ее абсолютной температуры. Перечисленные потоки аналогичны потокам на верхней границе атмосферы. Но в энергетическом балансе поверхности Земли присутствуют и другие составляющие: нисходящее тепловое излучение (противоизлучение) атмосферы и восходящие потоки явного тепла за счет конвекции и турбулентности и скрытого тепла за счет испарения воды с поверхности и ее конденсации в атмосфере. На урбанизированных территориях также нужно учитывать антропогенный поток тепла за счет использования тепловой и электрической энергии.

Величины всех этих потоков на верхней и нижней границе земной атмосферы представлены на рисунке.

Жарче некуда

Прежде, чем оценивать максимально возможные температуры приземного воздуха, напомним, что существует годовой и суточный ход температуры. Если бы теплоемкость атмосферы, суши и океана была равна нулю, то летним днем приземные температуры достигали бы теоретически возможных значений вплоть до сотни градусов Цельсия, а, например, полярной ночью эти температуры были бы близки к абсолютному нулю, то есть -2720 C. В реальности максимальные дневные температуры на Земле около 56-580 C зарегистрированы в пустынях Северной Африки, Австралии и США, а самые низкие у поверхности суши в районе Оймякона - около -780 C. Более низкая температура отмечена только в Антарктиде -890 C на высоте 3,5 км. Суточный перепад температуры в средних широтах Европейской части России редко превышает 15-20 градусов. Поэтому в наших оценках мы будем рассматривать среднесуточную температуру воздуха.

Какова же максимально возможная летняя среднесуточная температура воздуха в Московском регионе? Координаты Москвы – 55º45´ с.ш. и 37º37´ в.д. Инсоляция в этой точке земного шара максимальна, естественно, во время летнего солнцестояния и равна в начале 20-х чисел июня около 481 Вт/м2. Летом инсоляция меняется довольно медленно, составляя 1 июня 468, а 15 июля – 459 Вт/м2.

Если предположить, что летом в московском регионе все потоки энергии такие же как в среднем по поверхности Земли и заменить только значение инсоляции с 341 на 481 Вт/м2, то среднесуточная температура поверхности окажется 27,50 C.

Эта оценка не учитывает, что в условиях антициклона облака практически отсутствуют, поэтому к поверхности суши приходит несколько большая часть инсоляции, чем при среднем количестве облаков. Если учесть это обстоятельство, то среднесуточная температура у поверхности суши в московском регионе может повыситься до 30-320 C..

Возможные изменения других потоков энергии, таких как собственное тепловое излучение, нагретой больше обычного, но безоблачной атмосферы, потоки явного и скрытого тепла с поверхности суши, оказываются разнонаправленными. Их детальный учет требует наличия подробных метеорологических данных и использования комплексных гидрометеорологических и климатических моделей.

Поэтому на данном этапе можно использовать данную экспертную оценку, показывающую, что максимальная среднесуточная температура приповерхностного воздуха в московском регионе не может существенно превышать 300 C. Соответственно, с учетом амплитуды суточного хода, максимальная дневная температура в Москве и ее окрестностях практически не может быть выше 38-400 C.

Некоторое подтверждение данным рассуждением можно получить из рассмотрения максимальных дневных температур в Москве за все время метеорологических наблюдений с конца XIX века, которые приведены на графиках, построенных по официальным метеорологическим данным и представленных на сайте www.pogoda.ru.net.

Июнь 2010 года


Июль 2010 года


Начало августа 2010 года

На этих графиках толстыми сплошными линиями представлена текущая минимальная, средняя и максимальная температура воздуха. Нормальные значения показаны сплошными тонкими линиями. Абсолютные максимумы и минимумы для каждого дня обозначены жирными точками соответственно красного и синего цвета.

Графики наглядно показывают, как выглядят московские температурные рекорды лета 2010 по сравнению с нормальными и исторически экстремальными температурами.

Несмотря на два десятка температурных рекордов этого года, так ни разу и не была достигнута отметка в 400 C. Более того, даже в изнурительно жаркой второй половине этого июля многие рекорды прошлых десятилетий устояли. Так, например, с 18 по 21 июля сохранились рекорды конца XIX века, а 30 и 31 июля рекорды 1936 и 1920 годов. В первой половине августа жара потихоньку начала отступать и 11-12 августа сохранились рекорды самого памятного своей жарой и пожарами 1972 года.

Близость по своей величине температурных рекордов лета 2010 к максимальным температурам предыдущих десятилетий дает основания доверять приведенным выше оценкам и вселяет надежду, что сильно жарче, чем этим летом в Москве быть не может.