Мониторинг климатической системы: назначение, особенности и задачи
Климат нашей планеты - это совокупность всех погодных явлений. Основные его показатели - это атмосферное давление, влажность воздуха, облачность и атмосферные осадки. Огромное влияние на то, каким будет климат на определенной территории, оказывает и то, где находится регион. В зависимости от положения на земном шаре для разных климатов, в разных частях мира характерны различные составы воздуха и различные показатели циркуляции атмосферы. Суша и море, океанические течения, массы атмосферы, гравитационное влияние Луны, светимость Солнца - все это создает сложнейшую систему климата на Земле. И в последнее время все больше внимания уделяется слежению за параметрами климата. Почему так, зачем нам нужен климатический мониторинг, и какие функции он выполняет - обо всем рассказано в этой статье.
История слежения за погодой
Умение предсказывать погоду всегда было важным для человечества. От пролитых на землю дождей зависел урожай, а засушливые года легко могли стать причиной настоящей катастрофы. Именно поэтому знать, как и почему меняется погода, было невероятно важно. В давние времена никто не занимался климатическим мониторингом погоды и климата, эта задача лежала на шаманах, предсказателях и просто мудрых людях, которые за годы жизни выучили закономерности погодных явлений. Именно поэтому до сих пор среди почти всех народов мира распространены поверья и приметы, предсказывающие погоду.
Нынешнее время
В XX и XXI веке, ситуация, конечно, кардинально изменилась. Для климатического мониторинга сегодня привлекаются огромные вычислительные мощности, сложнейшие приборы и оборудование. Сейчас считываются самые мелкие изменения в параметрах, которые сокрыты от человеческого глаза. Например, ученые, которые мониторят погоду и климат, также наблюдают за движениями литосферных плит, накоплением магмы и многим другим. И все же, во времена, когда мы перестали так сильно зависеть от урожая, а дождь, выпавший не в то время, становится лишь мелкой неприятностью - зачем мы следим за климатом?
Мониторинг климатических параметров
Хоть мы и перестали зависеть от капризов погоды, но в чем-то климат влияет на нас даже сильнее, чем тысячелетия назад. В этом, конечно же, виноваты мы сами. Взять, например, озоновые дыры - люди, проживающие под ними, в разы более подвержены риску рака кожи. Или таяние льдов, понемногу повышающее уровень мирового океана, что грозит затоплением в недалеком будущем многих прибрежных городов, тоже оказывает на нас влияние. А глобальное потепление? Ученые еще не определились: действительно ли оно происходит по нашей вине, или же наша планета просто переживает такой природный цикл. Мониторинг климатической системы должен помочь нам ответить на этот вопрос.
Слежение за погодой - это многоуровневая система. Начнем с детального мониторинга, который отслеживает изменение буквально одного-двух параметров в рамках очень маленькой экосистемы (например, уровень осушения болота). Локальный занимается тем же, но в больших масштабах. Региональный мониторинг отслеживает изменения климата, погоды и экологических условий всего региона, национальный следит за общим экологическим состоянием страны, а глобальный, как и следует из названия - следит за параметрами всего мира.
Классификации
Классификация систем мониторинга часто основывается на различиях в методе наблюдения за климатом. Первый вид - химический мониторинг, в рамках которого ведется наблюдение за химическим составом и его изменением в атмосфере, водных массах, почвах, осадках, растительности и даже в животных. Именно о нем мы чаще всего слышим, когда речь заходит о печальном состоянии экологии и воздуха.
Второй - это физический мониторинг, который находится не столь на виду, как химический, ведь он следит за параметрами, которые редко непосредственно влияют на нашу жизнь, но могут это сделать в дальнейшем - это радиация, электромагнитные излучения и шумы.
И последний - биологический, он отслеживает состояние природы по биоиндикаторам, то есть живым организмам, живущим в среде, начиная от бактерий и заканчивая крупными животными.
Основные задачи мониторинга
Основной задачей, конечно, является выявление в экосистемах изменений антропогенного характера, то есть причиненных людьми. Однако не менее важным является слежение за параметрами, которые помогут выявить природные катаклизмы на ранних этапах. Так, например, за каждым действующим вулканом ведется пристальное наблюдение и момент его извержения можно предсказать практически со 100-процентной точностью. Землетрясения, зафиксированные в океане, дают возможность узнать о приближающемся цунами и эвакуировать людей из опасной зоны. Ураганы, за рождением и образованием которых сейчас следят из космоса, уже давно стали отлично прогнозируемыми и куда менее опасными, чем раньше. Однако климатический мониторинг несовершенен, и человечеству есть куда расти в этой сфере.
Как происходит сбор данных?
Чтобы высчитывать закономерности погоды и климата климатическим мониторингом, нужно знать историю. Ученые изучают самые разные физические предметы, проливающие свет на то, какой была погода тысячи и миллионы лет назад. Отложения на дне морей и океанов, кольца на деревьях и многое другое отражает колебания климата на протяжении многих тысяч лет. Благодаря этим открытиям, например, был изобретен радиоуглеродный анализ, который позволяет точно определить возраст находки. А сравнение прошлого климата с современным дает возможность определить уровень антропогенных эффектов. Естественно, в таких масштабных проектах задействованы ученые всех стран.
О погоде
Климатический мониторинг погоды - это также международное занятие. Данные, собранные искусственными спутниками Земли, а также тысячами станций метеонаблюдения, поступают в международные дата-центры, где обрабатываются и анализируются. Предсказанная таким образом погода, в дальнейшем распространяется национальными службами и попадает в новостные сводки всех стран. Так как погода - крайне переменчивое явление, то данные из международного центра запрашиваются по несколько раз в день и постоянно обновляются. Более-менее точно определить погоду можно только на день-два, но точность таких предсказаний не 100-процентная, абсолютно точно можно узнать погоду лишь на 10-12 часов вперед. А для долгосрочных прогнозов используются больше статистические данные о погоде прошлых лет, которые, разумеется, не могут давать гарантий.
Международный мониторинг
Еще в 1975 году, объединив усилия, мировое сообщество создало систему глобального мониторинга окружающей среды - ГСМОС. С тех пор сфера международных отношений развивалась, и с середины 2000-х годов в мире реализуется межгосударственный проект глобальной системы изучения Земли, который координируется усилиями Группы по наблюдению за Землей. В работе долгосрочного проекта участвуют более 70-ти стран, в число которых входит и Россия.
Основной задачей проекта является ускорение объединения в единую информационную систему большинства источников данных об окружающей среде. Развитие компьютерных технологий уже сейчас позволяет объединять огромное количество данных в стройную систему, пригодную для анализа и простую для пользователя. Успехом проекта в отдаленном будущем может считаться создание системы, автоматически и с большой точностью предсказывающей погодные явления и катаклизмы.
Станции наблюдения в России
Климатический мониторинг в СНГ - весьма развитая отрасль. Сейчас наблюдение за климатом ведут порядка 900 станций. Некоторые из них работают еще со времен Советского Союза, а некоторые достроены и оборудованы уже после распада. Из них порядка 700 мониторят температуру атмосферы, и около 100 станций следят за потоками воздуха. Все данные, полученные ними, фиксируются и обрабатываются на месячном базисе, а каждый архив с данными проходит обязательную проверку на отклонения, эти отклонения могут возникнуть вследствие поломки или неисправности прибора. Ежесуточно в международные центры отправляются данные с примерно 230 станций.
Помимо параметров, необходимых для мониторинга климата и погоды, в России также собираются и глобальные данные. Например, данные об изменении снежного покрова на европейской территории России, сезонные изменения плавучего льда в Каспийском море. Собираются данные о площади и объеме морского льда в Антарктике и в западной части Арктики. Все эти параметры крайне важны для понимания глобальных атмосферных процессов.
Будущее экологического мониторинга
На данный момент климатический мониторинг сделал большой шаг вперед по сравнению с прошлым веком. Однако для улучшения и уточнения прогнозов необходимо еще много чего сделать. Например, из-за несовершенства техники и математических моделей на данный момент крайне затруднен полноценный мониторинг погоды над мировым океаном. Монитор погоды и климата до сих пор происходит с использованием устаревшего физически и морально оборудования. Уличные приборы на метеорологических станциях до сих пор включают в себя банальные ртутные термометры и ведра для определения количества осадков. Некоторые страны не участвуют в международных проектах по слежению за климатом, снижая тем самым количество получаемых человечеством данных. Ведутся постоянные споры об экономической целесообразности улучшения систем мониторинга. Полученные выводы о человеческом влиянии на природу часто игнорируются, не все страны принимают хоть какие-то меры по улучшению ситуации.
В итоге, хоть человечество и продвинулось далеко в вопросе климатического мониторинга, до создания и внедрения полноценных математических моделей, которые будут предсказывать хотя бы погоду с огромной точностью, еще очень далеко.