按:近年来,气候问题成了边缘学科的问题。因此研究气候的全球计划具有特殊的意义,它将用各国的现代科学条件来实现。

气候,在人们的生活中起了巨大的作用,一方面,几乎所有的经济部门在发展时要考虑气候的特点;另一方面,人们的许多活动形式受它的影响。地质学、考古学、历史学的资料证实了在我们这颗行星上,过去所发生的气候的根本变化;目前气候还在变化着。旱灾和水灾的频繁发生;地球上不同地区出现的严冬或暖冬;大气中由人类所产生的二氧化碳气体和其它混合物的浓度增长,它们能使气候变暖。所有这些,开始引起人们对气候问题的广泛注意。在最近的十到十五年内,气候学由纯粹的描述天气的地区统计学转变成综合性的科学,对它的发展作出贡献的不仅有气象学家、地理学家、海洋学家,还有物理学家、数学家、生物学家及研究宇宙的专家。

伟大的“先驱者”

1960年,科学家们开始准备全球的大气过荐的研究计划(简称“ПИГAП”),计划最初的目的是要改进天气预报,随后是另外的目的——进一步的了解气候形成的过程是如何进行的。在ПИГAП范围内,七十年代初成功地进行了很多次全国的和国际的地区试验。1974年夏,在大西洋热带的实验期间内,研究了在海洋上空热带大气的过程,大气和海洋的相互作用,其中有形成云的深处对流的研究。70个国家参加了实验。热带大气中,过程的许多细节大大地明朗了。除了测量数据以外,人造卫星的资料和飞机实验室的资料起了重要的作用。

极地试验——北极和南极的试验;是在70年代后半期进行的,它主要是立足于苏联和美国的力量。其目的是研究高纬度地区的热交换和质量交换的过程。同时,许多国家,首先是苏联、印度、美国、英国、法国的科学家完成了大范围的季风实验,它的目的是研究季风的产生和发展过程。季风给整个南方的全部区域和东南亚带来雨(生命!)。

组织和进行所列举的实验,其经验在实现ПИГAП的全世界气象实验时期是不可估量的。几乎有150个国家参加了这些实验。1979年首先成功地得到了有关全球的大气和海洋表面状况的资料。资料表明,延长天气预报的期限,可能性完全是现实的,改进南半球的天气预报的可能性特别大,而有关南半球海洋状态的情报早先几乎是没有的。此外,НИГAП作为实现研究气候全球计划(简称“ВПИК”)的先决条件。

计划的建立和它的目的

研究气候全球计划的科学基础是1974年夏在瑞典的国际会议上拟定的。1979年,由世界气象组织(BMO)和科学协会的国际理事会(MCHC)委托,在日内瓦举行有关气候的世界大会,制定和实现长期的气候全球计划(简称“ВКП”),它在1979年6月第13届世界气象代表大会上正式通过,在1980年1月1日正式实行。

1981年初制定了ВПИК的初步计划,它是研究气候全球计划的主要部分(组成它的另外部分涉及到收集、保存和利用气候的情报及气候变化对社会的影响等问题)。ВПИК的目的,第一,试图确定气候为什么能变化,如何变化和在哪儿变化;第二,研究预测这个变化的方法。但是首先必须确定气候预报的范围和人类对它影响的程度。为此,需要较深刻地研究全球性的和地区性的气候、它们的变化和这些变化的原因;要制定气候的物理——数学模型,利用这些模型估计气候对可能有的自然影响和人为影响的敏感性。所有这些,要求有温度、云量、湿度、降雨量、风的性质、压力等的完整资料,在精细的和多方面的统计分析以后,它们能够显示出各种过程之间的关系、气候的规格和区别。

为了建立和掌握气候模型,必须正确地描述形成气候的不同过程。气候可以按照比描述暂时的天气现象,大概一星期的时间间隔大得多的某段时间间距内平均的天气统计来确定。为此,研究气候全球计划所选择的基本周期是从几周到几十年,但不排除研究大范围和小范围的过程。作为特有的就是空间的范围、所选择的区域在横向从1千公里到全球。

研究气候的问题中有个重要的概念——气候系统。它包括大气、海洋、包含冰和雪的冰积层、陆地表面。气候系统最易变化的部分是大气,称它为天气的“体现者”,在这里形成气旋和高气压、云层、降水。与大气相互作用着的海洋,它们互相交换,或者与大海中的冰的热量、水汽、能量交换。作用特有的时间从几个月到几年不等。大气的成分是冰和雪,包括南极陆地和格陵兰的大陆冰块、山上的冰、海洋中的冰和下面的覆盖层,它们随季节起缓慢变化。在海洋的深层,过程进行几百年或更长。而最后,形成的陆地表面:地形、植物、土壤、湖泊、江河、地下水,所有一切,都在短暂的时间内变化着。

气候系统现在已经接近到某种程度,它能够用由许多方程组成的物理——数学糢型来描述。若用无线电工程的术语来说,带有大量“反馈”的、具有自己的“噪声”的不是线性系统,而在这个系统中像在技术设备中一样,存在着在“噪声”的背景上分出“有益的讯号”的问题,也就是在或大或小的自然的气候波动的背景上分出真实的气候变化的问题。为了建立可靠的气候的物理——数学模型,必须能描述气候系统的各别部分的过程,以及这些部分间的相互作用。须知,已知的许多过程在好些情况下仅仅是质量好的过程才能描述。而研究气候全球计划的目的是要大量的研究。

云的作用

在研究气候的全球计划中,分成两个重要的方向,为它们都要尽最大的努力和耗费最大的精力。第一个方向是辐射和云量的问题;第二个方向是海洋,它是控制全球性的热循环、水汽和化学元素(特别是碳)的因素。

云反射一部分的太阳辐射和“隔断”热辐射,也就是一方面它降低能量向气候系统转移;另一方面,好像一条被头一样,它遮盖了地球表面。什么是真正起主要作用的呢?只有在大量的长期的观测人造卫星、云的形状、云的高度和光学性质及在辐射平衡部分以外的情况后才能够解决。初步的资料表明,云的两个作用将互为补充。但是许多科学家正确地指出:第一,云的覆盖长度或者云的等级,目前已知的精确性仅达到30%,也就是说被云所覆盖的地球表面部分前所知的正确性仅达到30%;第二,辐射平衡部分的测量技术应该大大地改进。

为了解决问题,从1983年起,云的气候学的国际卫星计划开始起作用,几个地球专门卫星和一组在轨道上的接近极地卫星将工作。它们将得到关于云的空间分布、形状、光学性质、水汽的储量等知识。在美国,同时开始实观测量辐射平衡的计划。如果这些计划在实际生活中得以成功,那么,到80年代末,可能将解决有关云在气候系统中的作用问题。

海洋的影响

海洋——大气中的水汽及严寒季节中的热量的主要源泉。但海洋本身和它与大气的相互作用过程,不仅在数量上,而且在质量上往往是研究得很少。海洋的模型与大气模型比较,整个还处于原始状态。

暂时还不完全清楚,海洋中有多少热量由回归线转移到高纬地区。据估计,这部分热量约为大气热流的1/2。但是这仅是间接的结果,需要用直接测量法来检验。为了得到直接的估计,必须知海洋深处环流的结构,而它在大范围内,现在实际上是不知道的。70年代中,格 · 伊 · 马尔丘克提出了海洋存在活动带的主张。在这样的区域内,海洋最强烈地与大气相互作用,这是形成气候短周期波动的泉源。苏联的“断面图”计划是为了研究这些情况。近年来,美国科学家提出了海洋的回归带是活动带的

大致相同的主张。为了解决上面说到的问题,现在正在制定国际海洋学计划。计划实施拟定在80年代末和90年代初,并且至少应该延续几年。

建立海水的环流和混合的模型,需要很大努力。但是真正的进步,只有利用比现在运用的大得多的电子计算机才有可能,而称为海洋学计划已经大体快要完成。

海洋的冰,覆盖海洋面积达10%,它在气候系统中起了不小的作用。海洋冰随季节而强烈地变化着,同时是逐年的气候变化的重要的指示器。地球表面增加的反照率(反射太阳辐射的系数)、海洋的冰,影响着与大气的热量和水汽的交换,也就是对气候系统的过程发生显著的影响。为了确定气候模型对气候系统的过程如何敏感,需要发展这些过程的大量理论,为此需要观测专门卫星和注视区域计划要建立过程模型和实现数量上的计算。

大气积极地与大陆表面起作用,与它交换着热量和水汽。热量的交换是由表面的能量平衡条件决定着的。由表面反射的太阳辐射量与植物特性、土壤成分等等确定的反照率有关。表面的热辐射、土壤中的热流和储藏的水分、陆地表面的蒸发、地上和地下的汇点,同样与植物特性、土壤成分等参数有关。所有明确的过程特征是:巨大的空间和暂时的可变性,变化的数量是不大知道的。为把它们列入气候模型中,1981年在研究气候的全球计划的专门会议上,拟定了研究这些过程的方法。

气体和气溶胶

在ВПИК的这部分中,水汽是最有意义的。真是它,对太阳辐射几乎没有影响;是它,阻碍着地表面和大气的热辐射的极大部分。如果地球没有水,那么,它的平均温度大约在15℃以下。

大气中含有大量的固体质点和液体质点——气溶胶。这些质点起了凝聚水汽的中心作用,形成了一丝一丝的云;同时,它们反射太阳辐射,但照例没有大大地吸收热辐射。因此气溶胶成为气候的重要因素。对不同模型的估价表明,如果从大气中去掉所有的气溶胶,那么大气要比现在暖约2°C。

产生气溶胶的原因很多如海的浪花、尘埃质点、从地表面刮起的风、火山喷发时落入大气中的硫化气体。同样,存在着生物圈和人类起源的气溶胶。在由气溶胶所引起的大气的不透明指数和现今的气候起伏之间,发现了固定的关系。在伴随着古气候变化的火山活动关系上,有一定的指示。所有这些,说明了研究气溶胶的重要性及建立它的模型的必要性和估价气候对气溶胶的浓度变化和质量敏感性的程度的必要性。

前进——新的研究

在研究气候的全球计划中,其初步计划已注意到了日地关系的问题。但要说明,在把日地关系列入ВПИК以前,需要紧急地分析研究日地关系对于整个气候的统计意义。

在ВПИК中,不少地方注意到模型的发展、评价和利用。模型能够改变形式,从充满三维的大气和梅洋的数字模型(在此将加入海洋和大气之间的相互作用过程及在陆地表面的过程)到简单的一维的区域能量平衡模型。

很大地注意到了全球计划中已经存有的情报的分析及将得到的情报,这种分析使得能够估计各种空间和临时范围的气候参数的自然奇变性,使得允许阐明在不同参数的变化之间的统计关系,结果得到了检验气候数字模型和其结果的原则。

对于研究气候,得到、保存和利用资料的问题,在计划中已经很大地注意到了。这些资料不仅能够利用正规的水文气象学的网得到,而且可以利用卫星——对ВПИК的研究所运用的专门观测计划的卫星(例如海洋水文学计划、云气候学的国际卫星计划)得到。对一系列参数(光学上的活动气体、气溶胶等等),要求建立专门的网,长期的监视它们。如果我们学会预报气候、它的变化和起伏,这不仅丰富科学,而且最终在国民经济的许多部门能够得到可以感觉到的效益。

[《ЗЕМЛЯ И ВСЕЛЕННAЯ》l983年3月]