Представлен: Российская Федерация

		IP		98
	Пункт повестки дня:		КСДА 13
	Представлен:		Российская Федерация
	Язык оригинала:		Русский, английский

Новый подход в изучении климатических изменений на основе мониторинга глобального альбедо

Понятие «климат» определяется как статистический многолетний режим погодных условий. Погодные условия или состояние атмосферы обусловлены физическими процессами взаимодействия атмосферы с космосом и земной поверхностью. Погода характеризуется метеорологическими элементами и их изменениями. Метеорологические элементы описывают состояние атмосферы и атмосферных процессов. Полный набор метеорологических элементов, позволяющий получить верное представление о погодных условиях в рассматриваемом месте, в определённое время или за некоторый его промежуток включает более 30 наименований. Наиболее важными элементами являются температура, давление и влажность воздуха, ветер, облачность, осадки, дальность видимости, продолжительность солнечного сияния, температура водных поверхностей и почвы, а также её влажность, высота и состояние снежного и ледяного покрова. Следует отметить, что метеорологические элементы являются взаимозависимыми параметрами и многие из них определяют обратные связи, обеспечивающие стабильность климата. В то же время основное внимание неспециалистов в области климатологии занимает температура воздуха, с которой связываются реальные климатические изменения на планете в целом. Первоначально для определения тенденций изменений климата привлекались исключительно данные исторически сложившейся наземной сети метеорологических станций. Однако, существующая сеть наземных метеорологических (около 7000) и аэрологических станций (около 1700) практически не охватывает океанов и распределена по поверхности суши крайне неравномерно. Анализ плотности распределения числа метеостанций по 20 равноплощадным регионам (~25.5 млн. кв. км) показывает, что наблюдательская сеть, особенно в Азии, Африке и Южной Америке, не позволяет получить достоверных оценок региональных температур воздуха для большинства из 20 регионов. Регионы с наибольшим числом станций (>1100) относятся к Северной Америке и частично захватывают Великобританию. Регионы с числом станций от 450 до 800 включают Европу, Россию, Китай, Индию, Северную и Центральную Африку. Наконец, еще три региона, в которых расположены Япония, Австралия и Океания, имеют число станций около 400, со средней плотностью 1 станция на 64000 км2. Девять из 20 регионов, охватывающих Южную Атлантику, Тихий и Индийский океаны, включают от 15 до 139 станций. Наиболее редкая сеть наблюдательских станций расположена в полярных регионах планеты, которые часто рассматриваются в качестве главных индикаторов глобальных климатических изменений. Кроме того, вызывает определенные вопросы методика расчетов среднемесячных метеорологических параметров и их оптимальная интерполяция по площади земного шара.

Информационные пробелы неравномерности распределения глобальной метеорологической сети должны были исправить измерения температуры земной поверхности, выполняемые с искусственных спутников Земли. В качестве измерительной аппаратуры для этих целей применяются различные конструкции инфракрасных и микроволновых радиометров. Однако следует учесть, что спутниковые данные не позволяют в единый момент времени получить информацию по всей площади земного шара и, кроме того, они прямо не измеряют приземную температуру воздуха. Спутниковые измерения охватывают период более чем трех десятилетий, начиная с ноября 1978г. и по настоящее время. Используемые приборы измеряют характеристики излучения земной поверхности, а не приземную температуру. Приземная температура определяется путём сложной трансформации первичных данных сначала в яркость излучения, которая после выполнения атмосферной коррекции пересчитывается в поверхностные коэффициенты отражения, хотя и без исправлений для водяного пара и аэрозолей. На следующем этапе для материалов с известными коэффициентами излучения яркостная температура трансформируется в термодинамическую температуру поверхности и последняя, наконец, в приземную температуру воздуха.

Процедура атмосферной коррекции требует детального и достоверного знания атмосферных характеристик на протяжении всей трассы вдоль линии визирования с искусственного спутника Земли. Обычно для атмосферной коррекции используются модельные расчеты. Пересчет яркостных температур в температуры поверхностей может быть выполнен только при известных коэффициентах излучения наблюдаемых участков земной поверхности, что из-за разнообразия земных ландшафтов не всегда возможно.

Конверсия термодинамических температур в приземные температуры - наиболее сложное и спорное преобразование, поскольку опирается целиком на теоретические модели. Часто оно осуществляется в простом адиабатическом приближении.

Помимо сложностей с процедурой трансформации получаемых спутниковой аппаратурой сигналов в приземные температуры, отметим, что спутниковые приборы предназначены для повседневного использования при прогнозе погоды и не имеют точности калибровки, необходимой для изучения климата.

Таким образом, используемая для анализов климатических трендов информационная база данных весьма неоднородна и имеет ряд существенных допущений при получении конечных результатов, которые впоследствии и анализируются специалистами. Понятно, что в качестве некоторого универсального числового критерия состояния климата атмосферы наиболее удобно пользоваться некими интегральными показателями. На взгляд некоторых российских специалистов, таким интегральным показателем является значение глобального альбедо. Глобальное альбедо – безразмерная величина, характеризующая процентное отношение отраженной солнечной радиации от поверхности планеты к величине приходящей солнечной радиации.

В конце 90-х годов прошлого столетия была восстановлена полузабытая технология измерения глобального альбедо Земли по наблюдениям пепельного света Луны. Технология базируется на том, что основными источниками освещения лунной поверхности являются Солнце и Земля. Прямое солнечное излучение определяет яркость светлой части лунного диска, а отраженная от Земли часть солнечного излучения - яркость её тёмной части. Свечение тёмной части лунного диска наблюдается не всегда, а лишь тогда, когда обращённое к Луне полушарие Земли хотя бы частично освещено Солнцем. Это слабое свечение называется пепельным светом Луны. Яркость пепельного света Луны на 4 - 5 порядков меньше яркости её солнечно освещённой части. Отношение яркости пепельного света Луны к яркости светлой части лунного диска несёт информацию об абсолютной величине глобального альбедо обращённого к Луне земного полушария. Несмотря на сложность интерпретации измерений пепельного света Луны, этот экспериментально недорогой метод изучения глобальных изменений климата перспективен. Его суть заключается в измерении отношения яркостей тёмной и светлой частей лунного диска в симметричных относительно центра лунного диска опорных точках. Метод впервые он был применен во Франции в 1928г. и применялся до 1954г.

Начиная с 1994 года, после почти сорокалетнего забвения систематические наблюдения пепельного света Луны для определения глобального альбедо нашей планеты были продолжены в США. Данные, полученные этой исследовательской группой, показывают легкое уменьшение альбедо в течение первых пяти лет наблюдений, и последующее столь же легкое его возрастание.

Американские специалисты предпринимают усилия по расширению наблюдательской сети глобального альбедо нашей планеты с помощью вышеназванного метода. В ближайшее время планируется дополнить измерения в Калифорнии параллельными наблюдениями на Украине (Крым) и в Китае (провинция Юньнань).

Так к концу 20 столетия сформировались основные технологии мониторинга глобальных климатических изменений.

Антарктика является одним из наиболее интересных районов для исследований глобального альбедо Земли по пепельному свету Луны. Прекрасные характеристики прозрачности атмосферы, небольшая концентрация аэрозолей и продолжительный период полярной ночи позволяют организовать на станции, расположенной к югу от Южного полярного круга, специализированные исследования в этом направлении. Местом проведения исследований была выбрана российская антарктическая станция Новолазаревская, находящаяся в оазисе Ширмахера на Земле Королевы Мод.

Российская программа мониторинга климата в 2009-2011гг. на станции Новолазаревская предусматривала проведение технологических наблюдений и получение предварительных экспериментальных данных об оптических характеристиках пепельного света Луны.

В качестве измерительных инструментов были применены телескоп АЗТ-7 и усовершенствованные спектрофотометры, применявшиеся ранее на российских космических аппаратах. Регистрация измерений велась на цифровые фотокамеры с повышенным разрешением.

В результате проведенных исследований получены экспериментальные данные по наблюдениям полярных сияний, лунного сияния, её пепельного света и некоторых зоревых явлений. В результате сопоставления яркостей Моря Кризисов на светлой части лунного диска и Моря Влажности на темной части было получено ориентировочное значение глобального альбедо обращенной к Луне части Земли. Оно составило 0,34, что близко к значению среднего альбедо 0,32. Исследования продолжаются в настоящее время.

Предлагаемый метод определения изменения климатических тенденций ни в коей мере не означает отказ от выполнения других исследований по известным методикам. Тем более, что он направлен на изучение глобального масштаба изменения климата на нашей планете и не дает информации о региональных изменениях, которые могут иметь различные тренды, как по величине, так и по знаку. В то же время, его простота и доступность создают надежные условия для получения объективной оперативной информации по изменению климатических процессов глобального масштаба.