Чтение онлайн

В целом с прогрессом науки и техники эта зависимость уменьшается, но взаимосвязь между урожайностью и метеорологическими условиями сохраняется. Условия погоды сильнее всего сказываются на урожайности интенсивно развивающихся растений, имеющих высокий уровень обмена веществ и энергии. Новые высокопродуктивные сорта культурных растений обладают повышенной чувствительностью к условиям среды и нуждаются в максимальной оптимизации водного, воздушного, теплового и пищевого режимов.

Мировой океан представляет собой не только колоссальный резервуар воды, но и огромное хранилище запасов тепла, постоянно поступающего в атмосферу и тем самым определяющего условия погоды на Земле. Кроме того, океанская вода – активнейший поглотитель углекислого газа, содержащегося в атмосферном воздухе, и место обитания бесчисленного количества микроскопических водорослей, вносящих большой вклад в снабжение земной атмосферы кислородом (путем фотосинтеза). Следовательно, Мировой океан выполняет функции легких нашей планеты, способствует сохранению постоянного состава воздуха. Наконец, на поверхности Мирового океана в полярных областях Земли находятся морские льды, площадь которых составляет от 14 до 28 млн. км2 и подвержена значительным колебаниям в зависимости от сезона и состояния самого океана. В результате весь механизм атмосферной циркуляции, а следовательно и формирования земного климата и условий погоды, самым тесным образом связан с Мировым океаном. Колебания теплозапасов в любом из пяти океанов Земли, изменения интенсивности океанских течений, размеров площади морских льдов – все это неизбежно влечет за собой крупномасштабные изменения погоды, длительное время – на протяжении нескольких сезонов, а то и лет – ощущающиеся в тех или иных географических регионах. Поэтому изучение взаимодействия океана и атмосферы – одна из самых важных задач современной метеорологии и родственных ей наук. От успеха решения этой задачи зависит и возможность решения одной из самых трудных научных проблем нашего времени – проблемы долгосрочного предсказания погоды.

Академик Л. М. Бреховских называет сумму проблем, связанных с изучением океана, вызовом науке. Так велико количество требующих решения научных вопросов и так велико их значение для человечества в целом. Немалое место среди этих вопросов принадлежит метеорологии. Некоторые из них мы рассмотрим в этой главе.

Поскольку тепловые запасы атмосферы относительно невелики, то невелика и так называемая тепловая память атмосферы, то есть влияние ее текущего состояния на будущее состояние. Влияние это ограничивается 10 – 20 днями. Отсюда все трудности составления долгосрочных прогнозов погоды на основе анализа характеристик атмосферы в исходный момент времени.

Большие тепловые запасы океана обусловливают его большую тепловую память и способность, отдавая тепло атмосфере, длительно влиять на распространение в ней температуры, влажности и т. п. Вот поэтому идея использования данных о колебаниях теплозапасов вод океана для прогноза колебания состояния атмосферы в различные сезоны представляется перспективной и усиленно разрабатывается метеорологами в долгосрочном плане.

Теплозапасы Мирового океана на три порядка превышают теплозапасы земной атмосферы: соотношение между ними составляет приблизительно 1600: 1. Это объясняется как большей массой и большей плотностью вод океана по сравнению с воздухом атмосферы, так и значительно большей теплоемкостью воды. Относительно малые тепловые запасы атмосферы обусловливают и меньшую ее способность сохранять неизменным свое состояние, то есть большую изменчивость во времени ее основных характеристик, или, другими словами, большую нестабильность. Инерция в развитии процессов в водах океана в десятки раз большая, чем в воздухе атмосферы.

Соответственно и влияние атмосферы на состояние воды в океанах менее устойчиво и менее значительно, чем влияние океана на состояние атмосферы.

Средний годовой радиационный поток тепла с поверхности океана в атмосферу, согласно расчетам, выполненным норвежским ученым X. Свердрупом (1942), составляет от 1150 Дж/(сут • см2) в экваториальной области до 418 Дж/(сут • см2) на широте 60°. Суммарное количество тепла, переносимое из океана в атмосферу в низких широтах, круглый год остается примерно одинаковым, а по широте 60° оно колеблется от 850-1250 Дж/(сут • см2) зимой до 0-200 Дж/ (сут • см2) летом.

В течение года отдача тепла теплыми океаническими течениями в атмосферу превышает поступление радиационного тепла.

Мировой океан является устойчиво работающим нагревателем земной атмосферы. Его поверхность отражает незначительную часть падающих на Землю солнечных лучей, большая же часть солнечного тепла поглощается водой океана. Запасая летом тепло, океан постепенно отдает его атмосфере в холодную часть года. Это происходит многими путями: он нагревает воздух непосредственно над своей поверхностью, излучает тепло, поглощаемое содержащимся в воздухе водяным паром и углекислым газом, отдает тепло на испарение воды, пары которой затем при конденсации нагревают воздух, и, наконец, выделяет тепло в воздух вместе с мельчайшими каплями водяных брызг, уносимых ветром с его поверхности при волнении. Конечно, с атмосферным воздухом взаимодействует, нагревая его, не вся толща воды океана, а лишь его поверхностный слой. Реальное значение имеют изменения температуры воды на поверхности океана на десятые доли градуса.

Солнечные лучи существенно прогревают только верхний слой океана толщиной всего в несколько метров. Нагретая вода не опускается вниз, будучи по удельному весу легче холодной глубинной. Перемешивание воды при волнении моря в какой-то степени способствует распространению тепла от верхних слоев к нижним. Так, в тропических морях верхний слой воды может иметь температуру выше 25°C (над отдельными участками океана даже выше 28°C), а на глубине 1 км температура воды не превышает 5°C. Ученые и инженеры работают над проблемой использования этой постоянной разности температур в качестве источника энергии.

Самая высокая температура поверхности воды в океане – вблизи экватора: 28°C. Здесь же она испытывает наименьшие колебания в течение года, всего в пределах 2,2-2,4°C. В замкнутых морях и низких широтах температура может достигать 32°C. Минимальная температура поверхности океана – в полярных районах, у кромки морских льдов, где в зависимости от солености воды она колеблется от -1,5 до -1,9°C. Годовая амплитуда изменений температуры воды в океанах в умеренных широтах северного полушария превышает 10°C, а в южном полушарии 5°C. Сезонные колебания температуры воды в океане ощущаются как значительные до глубины 100 м, то есть в поверхностном слое, в котором режим температуры определяется тепловым балансом на поверхности воды. На глубине около 200 м годовые колебания температуры воды невелики, они составляют несколько градусов и происходят с полугодовым запаздыванием; минимальная температура наблюдается в конце лета.

По данным, полученным в период МГГ (1957/58), средняя концентрация CO2 в атмосферном воздухе равна 314,5 • 10– 3, а в отдельных регионах ее колебания составляют около 6 • 10– 6 (шесть частей на миллион). Ежегодное увеличение концентрации углекислого газа в воздухе в начале 60-х годов оценивалось в 0,72 • 10– 6, что составляет примерно половину поступления его в атмосферу от сгорания ископаемого топлива. Вторая половина поглощается растительными организмами в ходе процессов фотосинтеза, при этом более 5/6 поглощения происходит на поверхности Мирового океана и только около 1/6 – на суше.

Углекислый газ диффундирует в морскую воду и растворяется в ней с той же скоростью, с какой ее усваивают из морской воды микроскопические водоросли, развивающиеся в верхних слоях океана, где солнечного света достаточно для осуществления фотосинтеза.

Поедаемые морскими животными растения, как и некоторая часть отмирающих водорослей, в последующем превращаются в оседающие на дно известковые отложения – соли угольной кислоты.