Здесь уместно отметить, что как первая, так и вторая группы знаний страдают от недостатка необходимой исходной информации — ведь период регулярных инструментальных метеорологических наблюдений охватывает всего 100—150 лет, а других видов наблюдений и того меньше. В связи с этим история климата Земли, воссозданная по данным инструментальных и косвенных наблюдений, геологическим и историческим данным представляется исключительно важной для накопления знаний о климате.
Третья группа знаний включает оценку влияния хозяйственной деятельности на климат. Например, если в будущем будет доказано, что расширение пахотных земель за счет вырубки лесов или выброс в атмосферу определенных химических веществ пагубно повлияют на климат, соответствующие рекомендации могут и должны привести к перестройке землепользования или технологии пусть даже очень нужного производства. Формирование этой категории знаний требует большой компетентности, надежной аргументации и исключительной ответственности при выдаче подобных рекомендаций.
Четвертая группа знаний — это прогнозы климата. Такие прогнозы скорее всего будут носить вероятностный характер. Они не будут и не должны выражаться в терминах прогнозов погоды и могут даваться в более общем виде.
С этих позиций и рассматриваются в данной книге основные проблемы науки о климате и его взаимодействии с деятельностью человека.
История климата Земли
Для понимания изменений климата важно знать его эволюцию на протяжении всей истории существования нашей планеты, т. е. более чем за 4,5 млрд. лет. Эти изменения, длившиеся миллионы лет, происходили как за счет астрономических факторов и геохимической эволюции земной атмосферы, так и за счет движения континентов, смещения полюсов, изменения скорости вращения Земли и др. Имели место и более короткие периоды изменения климата — десятки и сотни тысяч лет, наблюдались также колебания, измерявшиеся тысячелетиями, столетиями и десятилетиями.
Хотя климатология — одна из старейших научных дисциплин, она пока еще не в состоянии объяснить климаты прошлого, а тем более будущего, даже с помощью методов физического анализа и результатов математического моделирования. Лишь в середине текущего столетия наука начала переходить от стадии описания климата к стадии его объяснения и то на весьма скромной теоретической базе. Иллюстрацией данного положения является хорошо известный и до некоторой степени парадоксальный факт, что само определение понятия «климат» неоднозначно и вызывало весьма оживленные и острые дискуссии. На этом имеет смысл остановиться несколько подробнее.
Говоря об истории климата, следует четко себе представлять, какой смысл мы вкладываем в это понятие. К настоящему времени известно около 60—70 определений понятия «климат». Сам термин, буквально означающий наклонение солнечных лучей, был введен древнегреческим астрономом Гиппархом (190—120 гг. до н. э.). Затем это понятие развивалось древнегреческими учеными. Примерно до конца XVIII в. господствовало мнение, что климат определяется высотой солнца над горизонтом. Согласно этому представлению существовало девять климатов. Первый относится к полосе на 12 градусов широты к северу и югу от экватора, остальные климаты разделялись кругами широт через 5,5°. Все, что было севернее 50° с. ш., причислялось к девятому климату, в то время считавшемуся необитаемым. Южное полушарие, о котором ничего не было известно, вообще ни к какому климату не причислялось.
В дальнейшем было принято другое деление. Земля делилась на 36 климатов по обе стороны от экватора. Район вблизи экватора, где разность между наибольшими и наименьшими днями в году составляла до 1 часа, относился к первому климату. Там, где эта разность была 1-2 часа, — ко второму и т. д. до 24-го климата. Кроме того, между полюсом и полярным кругом было еще 12 климатов. Там, где солнце не заходит до одного, полутора, двух, двух с половиной месяцев, полагали 26—29-й климаты вплоть до 36-го у полюса, где солнце не заходит шесть месяцев.
В скором времени люди, однако, убедились, что средние условия погоды в этих, так называемых одинаковых климатических зонах разные, и начали искать тому объяснения. Появились новые определения климата. Наиболее полное было дано А. Гумбольдтом в 1831 г., и затем в 1845 г. в его известной книге «Космос». По Гумбольдту, слово «климат» прежде всего обозначает «специфическое свойство атмосферы, которое зависит от непрерывного совместного действия подвижной поверхности моря, изборожденной течениями противоположных температур, излучающей тепло сушей, которая определяет громадное разнообразие в отношении своей орографии, окраски и состояния покрова». Но и это определение продержалось недолго. С 70-х годов XIX в. климат трактуется уже «как общее состояние погоды в определенном месте или в определенной стране, или, точнее говоря, совокупность средних величин и свойств всех метеорологических элементов есть не что иное, как то, что называют климатом какого-либо места».