Текст книги "Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной?"

Итак, круг процессов, способных зримо повлиять на климат Земли, очерчен. Процессы эти очень разные по своей природе, масштабам и степени воздействия на климат. Чтобы каким-то образом их систематизировать, выстроив в порядке значимости, нужен универсальный критерий. Требования к такому критерию очевидны. Он должен быть способным «приводить к единому знаменателю» самые разнородные явления и процессы. В то же время отличаться простотой и наглядностью, поскольку пользоваться им предстоит не только специалистам, но и всем заинтересованным лицам: политикам, бизнесменам, экономистам, журналистам. И все это должно быть сосредоточено «в одном флаконе», то есть в одной характеристике, имеющей ясный физический смысл. За последние 20 лет на эту роль пробовался добрый десяток индексов. Ни один из них, надо признать, до конца не удовлетворяет всем вышеперечисленным условиям, хотя каждый имеет свои преимущества перед «соперниками» и бывает удобен в том или ином направлении исследований. И все же в этом конкурсе побеждает радиационный форсинг (от англ. forcing – воздействие) – чаще других цитируемый в научной периодике и, следовательно, самый популярный индекс.

Радиационный форсинг определяется как

Δ F= F_возм – F_невозм,

где F – разность потоков коротковолнового и длинноволнового излучения на уровне тропопаузы – границы раздела

тропосферы и стратосферы; F демонстрирует, насколько нарушен баланс между солнечной и уходящей от земной поверхности радиацией на этом уровне (невязку). Расчеты показывают, что F чутко реагирует на различные природные явления и катаклизмы, будь то крупные извержения вулканов или лесные пожары, усиление солнечной активности или массовый выброс в атмосферу парникового газа.

Радиационный форсинг – это разность величины F в возмущенном (F_возм) и невозмущенном (F_невозм) состояниях. Например, для случая с вулканом в качестве F_невозм мы должны взять невязку баланса радиации в момент, предшествовавший извержению, а в качестве F_возм – аналогичную невязку, но после того, как оно произошло. По существу радиационный форсинг представляет собой аналог частной производной в математике.

Чтобы дать представление читателю о значимости различных явлений для изменения климата, далее приведена таблица 4, в которой содержатся оценки значений радиационного форсинга, обусловленного отдельными климатоформирующими факторами, причем все они, за исключением солнечной радиации, относятся к разряду антропогенных. В последнем столбце указана суммарная оценка их совокупного действия.

Данные, представленные в таблице 4, предметно (в конкретных цифрах) подтверждают некоторые высказанные ранее положения.

А именно: превалирование углекислого газа над остальными парниковыми газами, значительный вклад атмосферных аэрозолей, а также разное по знаку влияние тропосферного и стратосферного озона на парниковый эффект.

Таблица 4. Оценки величин радиационного форсинга (Вт/м²) некоторых климатоформирующих факторов на 2005 г. (относительно «доиндустриального» периода – 1750 г.)*

* Концентрации CO₂, СН₄, N₂O измерены (взяты) из ледовых кернов, ХФУ тогда не было (они почти все антропогенного происхождения и начали массово выпускаться в 1930-е), озон – модельный, остальное – либо косвенные, либо модельные оценки

Итак, мы уже имеем каркас здания наших знаний о явлениях и процессах, обеспечивающих современное состояние климатической системы. Здания, которому предстоят отделочные работы, а не исключено, и какая-нибудь реконструкция. Но неизменно на всех этапах, от закладки здания до «доведения его до ума», строительным материалом – «кирпичиками» – всегда являлись и будут являться многочисленные и разноплановые данные климатического мониторинга.

Глава восьмая
Дом строится по кирпичику

Мы строили, строили и наконец…

Чебурашка

Измерения – основа климатологии

Климатология, как и другие связанные с ней научные дисциплины, полностью зависима от количества и качества наблюдений за климатом нашей планеты. Именно по результатам измерений мы судим о климате прошлого и настоящего в разных уголках земного шара, о его реальных изменениях, строим предположения, каким он станет в будущем – ближайшем и отдаленном. При этом с каждым годом нам требуется все больший объем информации: во-первых, чем продолжительнее ряд наблюдений, тем надежнее статистические оценки и выводы, полученные при обработке такого ряда; во-вторых, для описания текущего состояния климата (и для большинства прочих, в том числе модельных, исследований в этой области) необходима точная оперативная информация о возможно большем числе климатических параметров.

Математическое моделирование – едва ли не главное направление в современных исследованиях климата. Постоянное совершенствование моделей обычно сопряжено с увеличением их детализации, а как следствие, и с ростом потребности в более подробных сведениях о значениях метеорологических и климатических элементов. Сегодня поток поступающей информации можно сравнить с бесперебойно работающим конвейером, а начиналось все так.

Первые шаги в организации мониторинга погоды в России были предприняты еще в начале XVIII столетия. В 1722 г. по указу Петра I начались систематические наблюдения за погодой на флоте (сохранились записи, сделанные самим Петром I во время его пребывания в Риге). После учреждения Петербургской академии наук эта работа была поручена ее членам. Результаты ежедневных измерений температуры воздуха в Санкт-Петербурге существуют с середины XVIII века. В это же время была создана сеть из 30–40 пунктов наблюдений в Европе, которая просуществовала до XIX века. Систематические наблюдения за погодой были особенно важны для аграрной России с ее огромной территорией и разнообразными природными условиями. Большую роль в организации магнитных и метеорологических обсерваторий на Урале и в Сибири сыграл академик А. Я. Купфер (1799–1865). На таких станциях два-три раза в сутки проводились измерения температуры воздуха, атмосферного давления, скорости и направления ветра, количества осадков. Однако все еще не существовало научного центра, где могли бы обрабатываться результаты наблюдений за погодой в различных районах огромной империи. И он появился. В 1849 г. по указу Николая I была учреждена Главная физическая обсерватория (ныне – Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова, старейшее учреждение Гидрометслужбы России) «… для производства физических наблюдений… и вообще для исследований России в физическом отношении». Любопытно, что этот документ был подписан 1 апреля (по старому стилю), что дало повод шутникам называть этот день «днем синоптика». Первым директором обсерватории стал Купфер. В соответствии с высочайшим указом, результаты измерений на станциях за несколько месяцев посылались в обсерваторию, где они проверялись и систематизировались перед последующей публикацией. Однако в первое время эти данные были весьма несовершенными: сроки наблюдений не выдерживались, среди разнокалиберных приборов не было эталонных, поэтому их проверки проводились редко. Наблюдения на станциях, как правило, вели неспециалисты – помещики, представители городской и сельской интеллигенции (учителя, врачи, фельдшеры, агрономы). Впрочем, работали они бесплатно, оплачивать же труд наблюдателей, и то частично, стали лишь в конце XIX века. Создание полноценной сети метеорологических станций началось только в 1872 г. усилиями тогдашнего директора Главной физической обсерватории Г. И. Вильда (1833–1902). Почти сразу заработала сеть из 73 станций. Ранее профессор Университета в Берне Вильд создал небольшую сеть станций для измерения температуры и давления воздуха в Швейцарии. Его усилиями были организованы Первый международный метеорологический конгресс в Вене в 1873 г. и Конгресс международной метеорологической организации (ММО), прошедший в 1879 г. в Риме. Вильд был избран первым президентом ММО – организации, осуществившей большую работу по стандартизации метеорологических наблюдений. ММО просуществовала до 1950 г., когда была заменена межправительственной Всемирной метеорологической организацией (ВМО, WMO). Во второй половине XIX века сеть наземных метеорологических станций заработала во всех развитых странах мира, и 1850– 60 гг. считаются временем начала получения инструментальных сведений о погоде во внетропических северных широтах. А метеорологическая сеть России по охвату большой территории и качеству данных справедливо считалась одной из лучших. Вильд был не только хорошим организатором, он лично принимал участие в создании нескольких метеорологических приборов: знаменитый «флюгер Вильда», который измерял скорость ветра по углу отклонения легкой и тяжелой пластин, подвешенных на горизонтальной оси, служил (и не только в России) вплоть до недавнего времени (рис. 17 цв. вклейки). Любопытно, что Вильд за 27 лет своего директорства и членства в Петербургской академии наук так и не освоил русский язык – большинство сотрудников обсерватории были немцы или жители Прибалтики, знавшие немецкий язык, на котором и велось делопроизводство. С властями директор общался по-французски или через своего заместителя, в этом обсерватория не была исключением среди научных учреждений Санкт-Петербурга того времени. И только после ухода Вильда в 1894 г. в обсерватории заговорили по-русски.

Таким образом, уже почти больше столетия сеть станций используется для измерения метеорологических характеристик, позднее в этих же целях стали применяться аэростаты и радиозонды, а с 1970-х гг. – и спутники, причем данные, полученные с разных спутников, достаточно плохо согласуются. Архивы климатических элементов формируются путем сбора, систематизации, проверки (контроля) и обработки данных, полученных из вышеперечисленных источников. Эти данные сегодня часто представляются в виде так называемых ре-анализов. Ре-анализ – это результат ассимиляции (усвоения) данных измерений какой-либо метеорологической величины, полученных в одни и те же моменты времени в местах нахождения пунктов измерений. Цель ассимиляции – создание максимально близкого к измеренному поля значений этой метеорологической величины во всех узлах регулярной географической сетки (т. е. узлах, отстоящих друг от друга на равное число градусов как по широте, так и по долготе). Поскольку пункты измерений (а значит, и исходные данные измерений) расположены далеко неравномерно, а в ряде регионов и вовсе отсутствуют, этот недостаток восполняют специальными расчетами с помощью трехмерных моделей общей циркуляции атмосферы. Процедура ассимиляции – комбинирование данных наблюдений с результатами модельных расчетов. В последующем полученные поля используются как в модельных исследованиях, так и в приложении к оперативным задачам сельского хозяйства, техники, строительства, транспорта, авиации и пр., чем занимается специальная наука – прикладная климатология.

Система приземных наблюдений на стационарных метеорологических станциях наиболее распространена и обширна. Сеть этих постоянно действующих метеорологических станций оснащена одинаковыми или почти одинаковыми приборами для измерения основных метеорологических элементов (температуры воздуха и почвы, осадков, явлений погоды, влажности воздуха, атмосферного давления, ветра) и работает по единой методике измерений.

В России на сегодняшний день насчитывается 1628 пунктов наблюдений за метеорологическими характеристиками (температура, осадки, ветер, давление и т. д.). Они составляют Государственную наблюдательную сеть. Именно эта сеть поставляет основную часть первичной метеорологической информации, служащей основой для изучения климата у поверхности Земли.

Внутри Государственной наблюдательной сети выделяют сети с рядами выборочных станций: реперную сеть (458 станций), опорную климатическую сеть (235 станций) и глобальную сеть наблюдений за климатом (135 станций).

Реперная сеть состоит из лучших станций. Лучших — это значит, что: 1) наблюдения на них ведутся достаточно давно (многие десятилетия) и эти наблюдения никогда не прерывались; 2) осуществляется полная программа наблюдений (т. е. за целым рядом метеохарактеристик, а не двумя-тремя, и много раз в сутки); 3) они расположены таким образом, что получаемые данные измерений типичны (характерны) для данной достаточно обширной окрестной территории. Наблюдения на таких станциях показательны для общей ситуации в большом районе. Реперные станции не подлежат закрытию и переносу ни при каких обстоятельствах. Большая часть российских станций (253 станции) обладает рядами наблюдений в более 50 лет, а на 44 станциях продолжительность наблюдений превышает 100 лет.

Опорная сеть – это оптимальное количество реперных станций (меньше нельзя, больше не нужно), свое для каждой местности. В результате обработки полученной на них достаточной информации появляются климатические нормы – выраженное в числах описание климата, характерного для данной местности (характерная температура, обычно имеющее место среднемесячное количество осадков и пр.).

Данные, полученные глобальной сетью наблюдений за климатом, подлежат международному обмену и размещаются в Интернете. Они используются в исследованиях глобального климата и его изменений. В глобальной сети наблюдений за климатом распределение станций по территории сравнительно равномерное, чего нельзя сказать о всемирной метеорологической сети станций. В последней большинство станций сосредоточено на густонаселенных территориях экономически высокоразвитых стран. В полярных, горных и океанических районах количество станций не обеспечивает возрастающие потребности метеорологической науки и практики. Поэтому существует необходимость разработки других способов получения информации из этих районов.

Кое-кто из читателей наверняка видел метеорологические площадки (рис. 16 цв. вклейки). В центральной ее части располагается так называемая психрометрическая будка, в которой на высоте двух метров находятся термометры для измерения температуры воздуха и психрометр для измерения влажности (а также самописцы – термограф и гигрограф). Над площадкой, на высоте до десяти метров, возвышается флюгер и (или) анеморумбограф для измерения скорости и направления ветра. Осадки собираются в ведро, защищенное от их выдувания, и измеряются осадкомером. Белый цилиндр, стоящий на столбике, заключает в себе самописец осадков – плювиограф. А на небольшом участке взрыхленной почвы в углах метеорологической площадки помещаются термометры для измерения температуры почвы.

До 1936 г. основные наблюдения проводились три раза в сутки (в 7, 13, 21 час по местному солнечному времени (времени данного часового пояса)), а в период с 1936 по 1966 г. – четыре раза в сутки (в 0, 7, 13, 19 часов). Сегодня такие наблюдения осуществляются восемь раз в сутки в часы, значения которых кратны трем (0, 3, 6, 9 … часов по московскому декретному времени). Наблюдатель выходит на площадку и снимает показания термометров, фиксирует скорости и направления ветра по флюгеру; контролирует показания анеморумбографа – самописца (его показания снимаются с экрана внутри помещения метеостанции) и визуально определяет форму и количество облаков, дальность видимости, а также отмечает характер погоды и атмосферные явления (туман, грозу, шквал, метель, пыльную бурю и др.), если они возникли. Осадки измеряются реже, всего два раза в сутки.

Состояние площадки и приборов на ней, правильность наблюдений и их записи время от времени выборочно проверяются инспекторами методического отдела Главной геофизической обсерватории. Здесь же проходят проверку метеорологические приборы, а также разрабатываются методические указания (наставления гидрометеорологическим станциям и постам по производству наблюдений).

Дальнейшее совершенствование измерительной метеорологической техники идет по пути создания автоматических измерителей метеорологических элементов, объединенных в одном комплексном приборе. Такие станции уже работают во многих труднодоступных пунктах РФ без непосредственного участия человека. В развитых странах на метеостанциях и в крупных аэропортах используются автоматические приборы для измерения всего набора метеорологических элементов.

Результаты ежедневных метеорологических наблюдений на станциях кодируются и передаются во Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных (ВНИИГМИ – МЦД) в г. Обнинске под Москвой. Часть данных публикуется в метеорологических ежемесячниках. Аналогичные ежемесячники и ежегодники издаются также и в других странах. В последнее время метеорологические данные мировой сети данных размещаются в Интернете.

При использовании этих материалов следует учитывать наличие различий в сроках измерений (например, где-то измерения производят один раз в три часа, а где-то ежечасно; где-то в 0, 3, 6… часов, где-то в 0, 4, 8, 12… часов местного времени, да еще с учетом сдвига времени в разных странах), единицах измерения метеоэлементов между странами. Так, атмосферное давление в одних странах измеряется в миллибарах, в других – в дюймах, температура – в градусах Цельсия или Фаренгейта и т. д. Даже долгота размещения самих станций может отсчитываться по-разному: встречаются отсчеты долготы не от Гринвича, а от Парижа и Мадрида.

В программу работ ряда метеорологических станций входят актинометрические наблюдения (наблюдения за лучистой энергией Солнца). В России они проводятся в настоящее время на 186 станциях. В Главную геофизическую обсерваторию им. А. И. Воейкова, как в Мировой центр сбора актинометрических данных, поступает информация о солнечной радиации с актинометрической сети станций всего мира.

Система аэрологических наблюдений, в задачу которой входит вертикальное зондирование атмосферы (измерения на разных высотах), включает ряд пунктов радиозондирования. 30 января 1930 г. в Павловске (под Петербургом) был запущен первый в мире радиозонд, сконструированный сотрудником Главной геофизической обсерватории П. А. Молчановым (рис. 18 цв. вклейки). Прибор достиг высоты 9 км, и его сигналы были приняты на земле. На основании аэрологических данных рассчитываются климатические характеристики на различных высотах в атмосфере, используемые в дальнейшем при анализе состояния приземного слоя воздуха и более высоких его слоев.

Аэрологическая сеть России в доперестроечный период насчитывала более 150 станций, измерения на некоторых из них производились до четырех раз в сутки. Сейчас сократилась как сама сеть, так и число проводимых суточных измерений – до одного…

Глобальная аэрологическая сеть наблюдений за климатом включает около 150 станций, сравнительно равномерно расположенных по территории Земли. В их число входит 10 аэрологических станций на территории РФ и два принадлежащих России пункта в Антарктике. К сожалению, эта сеть не в полной мере отвечает требованиям обнаружения климатических изменений в свободной атмосфере (т. е. выше пограничного слоя Земли), особенно на севере и северо-востоке России.

В некоторой степени этот пробел восполняют спутниковые наблюдения, главным достоинством которых являются глобальность и уникальность информации. Например, сведения о радиационных процессах на границах атмосферы могут быть получены только с помощью спутников.

В оперативной спутниковой системе наблюдений за окружающей средой используются спутники двух видов: 1) спутники, движущиеся по проходящим вблизи полюса низко расположенным (от 600 до 1500 км над Землей) орбитам; 2) геостационарные спутники, находящиеся на высоте около 36 тыс. км, вращающиеся по экваториальным орбитам. Они постоянно находятся над одним и тем же участком поверхности Земли.

Спутники первого вида над тем или иным районом находятся примерно в одно и то же время (за счет синхронизации скорости вращения спутника со скоростью вращения Земли). Размещенная на них аппаратура позволяет получать снимки достаточно большого разрешения, охватывающие на местности полосу около 1000 км; в некоторых случаях можно разглядеть даже движущуюся машину. Геостационарные спутники находятся в фиксированном положении относительно одной и той же точки на экваторе, так как на высоте их вращения орбитальная скорость спутника совпадает со скоростью вращения Земли. Эти спутники могут обеспечивать почти непрерывные наблюдения за участками земного шара, находящимися в их зоне видимости. Однако снимки с них имеют гораздо меньшее разрешение (видны только крупные особенности земной поверхности).

Со спутников ведутся телевизионные, инфракрасные, микроволновые, радарные и лазерные съемки. Они помогают получить информацию об облачности, снежном и ледяном покрове, температуре, влажности, отражательной способности почвы, компонентах радиационного баланса Земли и атмосферы, эволюции туманов, дрейфа айсбергов. Новые косвенные методы позволяют определять с помощью снимков многие производные характеристики, например осадки и ветер, вертикальное распределение температуры и влажности.

На рис. 24 изображена существовавшая в 2004 г. система метеорологических спутников Земли, состоявшая из 8 геостационарных спутников (США, России, Индии, Японии, Китая, Европейского космического агентства и полярных спутников США и России).

В РФ к настоящему времени не осталось спутниковых систем, измерения с которых можно было бы использовать для наблюдений за климатом. С этой целью работают спутники США и ЕС, но два российских геостационарных спутника готовятся к запуску.

Рис. 24. Система метеорологических спутников Земли в 2004 г.

* EUMETSAT – Европейская организация по эксплуатации метеорологических спутников

Дополняет атмосферный мониторинг система радиолокационных наблюдений (наблюдений с помощью метеорологического радиолокатора), поставляющая сведения о полях облачности и связанных с ними явлениях погоды (гроза, град, ливневые осадки и др.) в радиусе до 300 км. В нашей стране функционирует более 100 радиолокационных станций в окрестностях аэропортов и больших городов. Наблюдения по полной программе проводятся 8 раз в сутки или даже чаще (при сложной метеорологической обстановке). В результате обработки и анализа первичной радиолокационной информации получают карты облачности и явлений погоды, на которых отмечаются горизонтальные размеры и вертикальная протяженность облачности, направление и скорость перемещения облачных систем, грозовые явления.

Важные сведения о состоянии нижнего слоя тропосферы поставляют также наблюдения, организуемые на различных высотных сооружениях (мачтах, вышках, башнях). Впервые такие наблюдения были проведены в 1908 г. в Париже на Эйфелевой башне. В России одной из наиболее высоких (536 м) является Останкинская телебашня в Москве, на которой метеорологические измерения производятся на 8 уровнях высоты (от 15 до 503 м). Аналогичные наблюдения осуществляют в Обнинске (высота башни 310 м), в Хабаровске, Иркутске и Новосибирске. С помощью приборов, установленных на этих башнях, регистрируются температура, влажность воздуха, скорость и направление ветра.

В ряде стран получил распространение метод горизонтального зондирования атмосферы с помощью аэростатов (трансзондов), переносимых ветром на одной постоянной заданной высоте. Научная аппаратура аэростатов состоит из приборов, позволяющих измерять плотность, давление и температуру воздуха, напряженность электрического поля, содержание озона и других примесей. Важным достоинством трансзондов является возможность с их помощью изучать направление и скорость воздушных течений. В США и Франции разработаны специальные программы массовых запусков аэростатов совместно с искусственными спутниками Земли.

В дополнение к сети метеорологических и аэрологических станций, наблюдающих за атмосферой и тесно связанными с ней отдельными элементами поверхности суши и вод (осадки, температура и влажность почвы и т. д.), существуют другие науки о Земле, «ответственные» за мониторинг прочих составляющих климатической системы. В частности, изучением различных видов вод суши занимается гидрология. Существует сеть станций (постов), обеспечивающая гидрологические наблюдения за поверхностными (реки, каналы, озера, болота, водохранилища, оросительные системы) и подземными водами. Этой сетью руководит Государственный гидрологический институт в Санкт-Петербурге. В настоящее время гидрологический мониторинг в России ведется почти на 3000 постах. Примерно 2700 из них расположены на реках, а около 300 – на озерах и водохранилищах. Реперными (опорными) являются половина этих постов, почти неизменных в последние десятилетия. В крупных гидрологических обсерваториях имеются приборы для измерения скорости испарения воды.

Метеорологические и гляциологические (ледниковые) наблюдения ведутся на полярных станциях – стационарных и подвижных (экспедиционных). Большинство из них находится в ведении Арктического и Антарктического научно-исследовательского института (ААНИИ) в Санкт-Петербурге. ААНИИ ведет также исследования морей Северного Ледовитого океана с его островами и российской части побережья в Восточном полушарии. Широко известна работа станций на дрейфующих льдинах, ведущаяся в нашей стране с 1937 г. (знаменитый дрейф на станции «Северный полюс-1» четырех зимовщиков во главе с И. Д. Папаниным).

Упомянем и о наблюдениях в океане, проводимых с помощью кораблей, а также с использованием дрейфующих буевизмерителей для мониторинга состояния Мирового океана и долговременного прогноза погоды (международный проект ARGO, стартовавший в 2000 г.).

Для изучения климата обобщаются результаты всех видов метеорологических наблюдений. Первоначально вычисляются средние месячные и годовые значения метеорологических величин, и подсчитывается число случаев различных атмосферных явлений. Данные наблюдений за многолетний период подвергаются климатологической (статистической) обработке. Рассчитываются средние многолетние значения метеорологических величин, характеристики их изменчивости и динамики (средние квадратические отклонения, корреляционные и спектральные функции и др.), составляются одномерные и многомерные статистические распределения у земли, в почве и на различных высотах в атмосфере. Эту информацию помещают в климатические и агроклиматические справочники. Она используется для исследования климата, его изменений и проверки моделей климата. Систематические обобщения радиолокационных и спутниковых наблюдений, увы, отсутствуют, несмотря на наличие большого материала. Однако выполнен ряд научных работ по данным этих наблюдений, например построены карты облачности по миру, ледовых полей в Арктике, полей осадков и др.

Теперь о мониторинге факторов, формирующих климат. Наблюдения за такими факторами и их анализ приобретают сегодня особое значение, так как их состояние и изменения определяют характер и время наступления ожидаемых изменений климата атмосферы и у земной поверхности. Ранее мониторинг наиболее важных из этих факторов (содержания основных парниковых газов в атмосфере, температуры поверхности океана, радиационных свойств подстилающей поверхности) вообще не проводился. Наблюдения за солнечной радиацией и аэрозольной мутностью атмосферы велись на ограниченном числе станций, их результаты редко использовались в климатических исследованиях. Время от времени проводились экспедиционные обследования материковых и горных ледников, измерения же площадей снежного покрова и морских льдов в Арктике и Антарктике начались лишь недавно.

В последние десятилетия были созданы службы и системы измерений количественных характеристик основных климатоформирующих факторов, а также центры по сбору и анализу результатов. Международная сеть наземных станций по измерениям содержания парниковых газов ныне включает в себя станции разного «класса» – от больших обсерваторий до пунктов отбора проб приземного воздуха в специальные сосуды с последующим измерением содержания в них парниковых газов (производимым в централизованных лабораториях и обсерваториях). На таких станциях, расположенных на разных широтах, но в основном на островах в океане и на побережьях материков, измерения производятся 2–3 раза в неделю или даже ежедневно. Их результаты часто усредняются по месячным и сезонным периодам и направляются в банки данных, а также публикуются в специальных отчетах (например, отчетах CMDL–Climate Monitoring and Diagnostics Laboratory, США). На многих станциях измеряются также мутность атмосферы (количество аэрозолей), потоки радиации, общее содержание озона и других газов, влияющих на потоки радиации в атмосфере.

Измерения в сети наземных станций производятся с 1960– 70-х гг., и уже имеются 40–50-летние ряды данных. С начала 1970-х и в 1980-е гг. начаты измерения содержания озона в единичном столбе атмосферы (см. Словарь терминов) и концентраций ряда радиационно-активных примесей почти во всей глобальной атмосфере с помощью различных дистанционных приборов, установленных на специальных спутниках. Ряды этих данных короче, чем ряды, полученные наземными станциями, обычно хуже их точность, но зато таким образом обеспечивается почти глобальный охват всей поверхности Земли, прежде всего – океанов и полярных областей.

С помощью спутников измеряются также радиационные характеристики атмосферы и подстилающей поверхности Земли, в частности альбедо, потоки коротко– и длинноволновой радиации на разных уровнях атмосферы. Особое значение имеет спутниковая информация о состоянии и изменениях таких частей климатической системы, как поверхность морей и океанов, площади морского льда, материковые и горные ледники. Ныне с помощью спутников удается осуществлять мониторинг изменения площадей и, главное, высот поверхности ледников. Это позволяет определять, например, баланс массы льда Гренландии, районы ее роста в середине острова и таяния на его берегах, объем талой воды, поступающей в Мировой океан.

У читателя может возникнуть вопрос: если спутники – эдакие современные Фигаро – успевают и «здесь» и «там» собрать и передать на Землю обширную информацию о климате, причем объем этой информации лавинообразно нарастает, для чего зря растрачивать силы? Не целесообразно ли свернуть хлопотные и требующие немалых затрат программы измерений с метеозондов и самолетов, морских судов и телебашен? Да и наземные измерения сократить, оставив разве что реперные станции, раз уж так важны длинные однородные ряды наблюдений. Если спутники исправно поставляют всю необходимую информацию, то зачем дублировать ее из других источников? Поступить таким образом было бы крайне опрометчиво. Во-первых, спутники не могут обеспечить нас абсолютно всей информацией. Как уже отмечалось, далеко не все климатические характеристики поддаются непосредственному измерению. Для их мониторинга приходится прибегать к различным уловкам, основанным на знании физических законов. А это автоматически накладывает определенные ограничения на применимость таких уловок. Например, измерения концентрации диоксида азота NO2 (важного парникового и озоноактивного газа) производятся только при «низком» Солнце – на восходе или закате. По аналогичной причине невозможно измерить содержание озона в окрестности полюсов. Во-вторых, выход из строя спутника (а такое время от времени случается) привел бы к невосполнимой потере данных и прерыванию ряда наблюдений. Другие спутники не решают проблему замещения, поскольку, как вы помните, согласованность данных, полученных с разных спутников, далека от идеала. И, наконец, в-третьих, на спутниках существует «дрейф» приборов. Примитивный аналог такого «дрейфа» – ситуация, когда ваши часы отстают или убегают вперед. С каждым днем их показания будут все больше расходиться с истинным временем. Но если для исправления показаний часов достаточно немного передвинуть стрелки, «передвинуть стрелки» на спутниковом приборе возможно разве что в фантастических романах. С другой стороны, спутник – слишком дорогая «игрушка», чтобы забыть о ее существовании при выявлении подобного дефекта. И установить дефект, и устранить его помогают как раз наземные измерения, выполняющие функцию «эталонных» часов. Регулярное сравнение наземных и спутниковых измерений позволяет определить момент начала их несоответствия, а далее делать необходимую поправку на систематическую ошибку спутникового прибора.