Сто двадцать одна МЛ с предварительными данными III а, содержащие результаты оперативного глобальною анализа за сроки 00, 06, 12 и 18 ч гринвичского времени за тот же период 15.01.1982 - 15.05.1982 гг. Магнитные ленты записаны в формате ПГЭП. Анализ в точках широтно-долготной сетки с шагом 1,875 дан для 15 изобарических поверхностей (от 1000 до 10 мб) для высоты, температуры, составляющих горизонтальной скорости ветра, влажности, вертикальной скорости.

Две МЛ с топографическими данными с высоким разрешением для внешней территории АЛЬПЭКС: средние максимальные и минимальные высоты местности, основной тип местности, процентное соотношение суша - вода. Данные записаны в формате ПГЭП, уровень II с шагом 1,875 широтно-долготной сетки.

Из оперативного центра данных АЛЬПЭКС (Швейцария) получено 12 микрофильмов на 35 мм пленке. На каждом микрофильме содержатся следующие предварительные данные за СНП (1.03.1982 - 1.05.1982):

- Европейский Метеорологический бюллетень, выпускаемый Метеорологической службой Германии;

- фотографии со спутника МЕТЕО за 00 и 12 ч гринвичского времени;

- самолетные данные;

- ежедневные сводки погоды, содержащие краткое описание систем атмосферной циркуляции и погоды на внешнем полигоне эксперимента;

- данные в квазиреальном времени, полученные ОЦДА со специальных наблюдательных систем (Вязилов Е.Д., 2001).

Из окончательных данных уровня II б в МЦД-Б поступило: 15 МЛ из МЦД-А с данными за СНП (01.03.1982 - 01.05.1982) по внешнему полигону эксперимента. Данные записаны в формате уровня II б. Данные ГСТ-типа представлены за трехчасовые периоды. Данные не ГСТ-типа (осадки, температура и влажность почвы) записаны за каждый день: 2 МЛ с самолетными данными (AIDS) из специализированного центра данных (Швейцария). Данные представлены за СНП (01.03.1982 - 30.04.1982).

В соответствии с Планом управления данными АЛЬПЭКС национальный центр данных АЛЬПЭКС (Германия) и некоторые Специализированные центры данных высылали в МЦД каталоги с информацией о данных АЛЬПЭКС, хранящихся в соответствующих центрах в форматах этих центров и не предназначенных для передачи на хранение в МЦД. К настоящему времени в МЦД-Б поступили два таких каталога.

Каталог данных АЛЬПЭКС из Национального центра данных АЛЬПЭКС (НЦДА) (Германия). Это каталог национальных станций, проводивших наблюдения в течение СНП АЛЬПЭКС. В каталоге указано, что НЦДА может представить на магнитных лентах данные наземных наблюдений (список станций, их номера, географические координаты, высота над уровнем моря приведены в каталоге НЦДА), данные верхних слоев атмосферы, данные по осадкам, снегу, данные по влагосодержанию и температуре почвы. Данные записаны на магнитные ленты в формате уровня II б, а синоптические данные наземных наблюдений с 01.09.1981 по 31.12.1981 гг. в формате, используемом Метеорологической службой Германии.

Каталог данных АЛЬПЭКС из Специального центра данных (Франция). Из СЦДА поступил каталог спутниковых радиометрических (AVHRR) данных за периоды интенсивных наблюдений в рамках СНП. В каталоге представлена следующая информация день (когда спутник проходил по восходящему узлу); название спутника, NOAA6 или NOAA7; номер орбиты; время прохождения спутника по восходящему узлу (по Гринвичу); долгота при прохождении спутника.

1.3 Климатический мониторинг в США

Основная задача экологии - адекватный и своевременный климатический мониторинг. Проблема в решении этой задачи заключалась в основном в том, что невозможно было заранее предсказать, где именно на нашей планете в ближайшее время потребуется сконцентрировать внимание ученых всего мира. Ведь, чтобы создать полноценные лаборатории по всему свету потребуются нереальные финансовые вложения. Выход из этого «тупика» был найден с помощью создания мобильных систем мониторинга климата. Безусловно, передвижение целой лаборатории с ее оборудованием и сотрудниками - дело не простое; но это обходится намного дешевле, нежели строительство и оснащение нового комплекса. Таким образом, каждое новое передвижение лабораторий становиться событием чуть ли не мирового масштаба для экологов и физиков-атмосферщиков.

И перемещения исследовательских центров случаются достаточно часто. К примеру, после почти шести месяцев непрерывных измерений в Point Reyes National Seashore на побережье Калифорнии (США) мобильная система климатического мониторинга (в основном, оценки атмосферной радиации), принадлежащая американской программе ARM (Atmospheric Radiation Measurement) снова переезжает. Ее создание когда-то было инициировано Департаментом Энергии США (U.S. Department of Energy (DOE). На этот раз ее целью станет Niamey (Нигерия), где она задержится почти на год. Основные приготовления по перемещению лаборатории были проведены инженером Sandia National Laboratories, Марком Ивеем (Мобильная система измерения атмосферной радиации снова переезжает).

Программа CEDAR (Coupling, Energeting and Dynamics of Atmosphere Regions) финансируется Национальным научным фондом США и имеет целью увеличение возможностей наземных приборов при измерениях верхней атмосферы и объединение инструментальных и модельных данных. База данных CEDAR является совместным проектом Национального центра атмосферных исследований США и ряда организаций и институтов.

Каталог базы данных CEDAR включает информацию о расположении наблюдательных пунктов, данные которых представлены в базе, описание характеристик инструментов и параметров моделей. Помещена также информация о координаторах различных разделов (адреса, коды доступа).

База данных CEDAR содержит информацию, необходимую для анализа данных и моделей (документацию, каталожную информацию, геофизические индексы, карты, программное обеспечение, компьютерные модели). Некоторые из этих материалов могут быть получены с использованием средств телекоммуникационного доступа. Каталог содержит четкое описание условий, при которых пользователь может получить доступ к данным. В публикации содержится регистрационная форма для поставщика/ пользователя базы данных CEDAR.

Также как и в Европе, в США основное внимание уделяется наблюдению за Землей из космоса.

Так, космический аппарат GOES-12 (см. рис. 4, Приложение 2), оснащенный самой современной аппаратурой, был запущен в США 23 июля 2001 года (мыс Канаверал) на геостационарную орбиту (примерная высота 36 тысяч километров) и предназначается для наблюдений за состоянием окружающей среды, земного климата и околоземного космического пространства. GOES-12 позволяет получать изображения облаков в атмосфере Земли, измерять температуру и влажность в атмосфере, дает информацию о "космической погоде". Ученые оценивают качество первых полученных изображений с этого спутника как отличное. Данные настоящего эксперимента предполагается использовать для прогноза погоды и климатического мониторинга, а также обнаружения пожаров, контроля за состоянием озонового слоя и решения некоторых других задач (Мягкова И.Н.).

2 мая 2002 года был запущен спутник под названием Aqua (вода), который обошелся NASA почти в миллиард долларов (точнее, в 952 млн. дол.). В полном соответствии со своим названием он занимался исследованием перемещений воды в земных морях и океанах, а также в атмосфере и на поверхности Земли. А вместе с данными, полученными с уже запущенных спутников Jason 1 и "близнецов" Grace, планируется получить полную картину круговорота воды в природе, который и обеспечивает наличие жизни на Земле. В конце концов, водой покрыто 70 % поверхности нашей планеты.

Ученые также надеются, что информация со спутников Aqua, Jason 1 и Grace позволит более точно составлять метеопрогнозы, лучше прогнозировать развитие ураганов и вообще понять, как деятельность человека влияет на всю планету Земля в целом.

Совместный американо-французский спутник Jason 1 с помощью радара будет измерять форму поверхности океана, что позволит выявить картины перемещения, нагрева и охлаждения воды на всем земном шаре. А немецко-американские спутники-близнецы Grace займутся измерениями малейших изменений гравитационного поля Земли, в том числе вызванных перемещениями больших масс воды в мировом океане. Полноценная эксплуатация всех четырех спутников должна началась летом 2002 года.

Американское космическое агентство объявило также об успешном запуске на околоземную орбиту космического аппарата SORCE (Solar Radiation and Climate Experiment), призванного выявить закономерности воздействия солнечного излучения на климатические изменения на Земле. Свои исследования аппарат массой 287 кг и стоимостью 122 млн. долл. США будет проводить при помощи четырех приборов. Три из них предназначены для мониторинга интенсивности солнечного излучения и его спектра, а еще один - для измерения излучения с высокой энергией.

Запуск SORCE был произведен 25 января 2003 года при помощи трехступенчатого ракетоносителя воздушного базирования Pegasus XL (см. рис. 5, Приложение 2). Сначала ракета со спутником была поднята самолетом-носителем L-1011 на высоту 11890 м и доставлена в точку старта, расположенную над Атлантическим океаном на расстоянии 161 км от мыса Канаверал во Флориде. В заданной точке самолет сбросил ракету, а через пять секунд включился двигатель ее первой ступени. Через десять минут SORCE вышел на расчетную орбиту (Мягкова И.Н.).

SORCE проработает на орбите пять лет, в течение которых аппарат получит ценные данные о количестве солнечной энергии, поступающей на Землю и влиянии ее на различные процессы, протекающие на нашей планете. Многие из измерений характеристик солнечного излучения будут проведены SORCE впервые. Разработка SORCE проводилась совместными усилиями NASA и Лаборатории атмосферной и космической физики университета штата Колорадо в Боулдере.

Суперсовременный центр экологического мониторинга в Панаме является первым подобным объектом, использующим исследования в области науки о Земле и космические наблюдения НАСА для раннего предупреждения руководителей стран Центральной Америки об экологических и климатических изменениях.

В пресс-релизе НАСА от 4 февраля 2005 года отмечается, что новаторская региональная система мониторинга, разработанная учеными из НАСА, получила название «СЕРВИР» - сокращение от испаноязычного названия «Региональная система визуализации и мониторинга для Мезоамерики».

3 февраля на церемонии открытия Панамского центра «СЕРВИР» присутствовали Президент Панамы Мартин Торрихос, руководители НАСА и официальные представители США и стран Центральной Америки.

Центр «СЕРВИР» располагает огромным интернет-архивом карт и спутниковых изображений, инструментами поддержки принятий решений и интерактивными возможностями визуализации. Он призван помогать правительствам и промышленности семи стран Центральной Америки и южных мексиканских штатов.

Система содержит дружественные к пользователю интерактивные инструменты, призванные сделать данные наблюдений за Землей и прогнозы НАСА бесплатно и легко доступными любому человеку, подключенному к Интернету.

НАСА разрабатывало эту систему в партнерстве с Агентством США по международному развитию, Всемирным банком, «Городом знаний» (Панама), Центром водных ресурсов влажных тропиков Латинской Америки и Карибского бассейна, Центральноамериканской комиссией по окружающей среде и развитию и компанией «Кейбл энд вайрлесс Панама».

В своих космических программах по климатическому мониторингу США тесно сотрудничает с Европой. Так, управление спутником "Ясон-1" (Jason 1), предназначенным для слежения за взаимодействием океанских масс и атмосферы и их воздействием на глобальный климат, было передано из Французского национального центра пространственных исследований (French Centre National d`Etudes Spatiales) в лабораторию реактивного движения НАСА (JPL) в г. Пасадена, Калифорния. Тем самым была достигнута важная веха в реализации программы исследований, чрезвычайно важной для изучения климатических процессов на планете.

Отныне из JPL будет вестись круглосуточный мониторинг систем спутника в реальном времени, а также будут генерироваться и еженедельно передаваться на него управляющие команды. С их помощью будет определяться, в частности, текущая программа исследований. Французский центр управления спутниками в Тулузе будет решать инженерные и навигационные задачи. Обработка получаемой информации будет вестись в обеих центрах.

Спутник "Ясон-1", запущенный с авиабазы Ванденберг 7 декабря 2001 года, рассчитан на работу в течение пяти лет и призван продолжить цикл исследований топографии поверхности океана, слежения за циркуляцией мирового океана, изучения взаимодействия океана и атмосферы, улучшения прогнозов погоды и слежения за Эль-Ниньо, начатых по программе Topex/Poseidon. Спутник был изготовлен французской аэрокосмической компанией Alcatel.

Для обеспечения непрерывности поступления научных данных в работе со спутником задействованы три наземные станции слежения - в г. Уоллопс-Айленд, штат Вайоминг, в г. Покер-Флэтс, Аляска, а также французская станция Aussaguel.

На исследовательской станции "Белые горы" университета Калифорнии (г. Бишоп, США) 22 мая 2006 года состоялась встреча ученых по вопросу создания базовой станции наблюдений за глобальными климатическими изменениями в рамках программы ГЛОРИЯ (Глобальная инициатива по мониторингу и исследованиям высокогорий). На протяжении последних 3 лет здесь велись наблюдения за тем, как климатические изменения влияют на состояние растительности, почвы, фауны на 7 тестовых вершинах. Было признано, что существующая уже 55 лет станция "Белые горы" имеет большой потенциал научных исследований и может стать базовым полигоном ГЛОРИЯ.

Особое внимание в системе климатического мониторинга в США уделяется таянию льдов в Арктике. Так, два независимых друг от друга исследования, проведенных NASA с использованием разных технологий спутникового мониторинга, показали всплеск в процессе исчезновения арктического ледяного покрова в последние два года.

Одно исследование, проведенное в Лаборатории реактивных силовых установок в Калифорнии, показывает, что вечный арктический морской лед, которые обычно переживает сезон летнего таяния и сохраняется круглый год, уменьшился на 14 % всего за 12 месяцев 2004 - 2005 годов.

В целом уменьшение ледового покрова составило 720 тыс. квадратных километров, то есть область, почти равная Турции, исчезла всего за год.

Другая работа, проведенная Центром космических полетов им. Годдара в Мериленде, показывает, что скорость таяния вечного льда, составлявшая в среднем 0,15 % в год со времени начала спутниковых наблюдений в 1979 году, внезапно резко увеличилась. В две прошедших зимы скорость росла на 6 % в год, то есть увеличилась больше, чем в 30 раз.

Изменения тревожат ученых и экологов, так как существенно превышают скорость, с которой, по прогнозу компьютерных моделей, будет таять арктический лед под влиянием глобального потепления, а она и так достаточно большая.

Если изменение климата не сдерживать, весь арктический лед растает к 2070 году, и люди смогут добираться по морю до Северного полюса. Но если новая скорость таяния сохранится, арктический лед исчезнет на десятилетия раньше.

«Это последние из целого ряда недавних исследований, и все они говорят нам, что изменение климата быстрее и неприятнее, чем мы думали, - заявил Тони Берк, бывший экологический советник правительства, а ныне приглашенный профессор Имперского колледжа Лондона. - Пропасть между скоростью, с которой меняется климат, и скоростью, с которой реагируют правительства, становится бездной. Мы должны перестать думать, что это просто еще одна экологическая проблема, которой можно заняться, когда есть время и ресурсы. Надо понять, что это все более насущная угроза нашей безопасности и процветанию» (ЮНЕСКО начинает программу мониторинга глобальных изменений).

Джим Хансен, ведущий климатолог и директор Института космических исследований им. Годдара в Нью-Йорке, выступил в октябре 2006 года с предупреждением в духе "сейчас или никогда" к правительствам всего мира, включая его страну, сказав, что они должны предпринять радикальные меры, чтобы предотвратить экологическую катастрофу планетарного масштаба. Он заявил, что для стран больше не жизнеспособна позиция "все как обычно" в сфере потребления ископаемого топлива.

«Я думаю, у нас есть очень кратковременная возможность заняться изменением климата, не больше десятилетия, в лучшем случае», - заявил он (ЮНЕСКО начинает программу мониторинга глобальных изменений).

В начале своего первого срока президент Джордж Буш вывел США из Киотского протокола, по замыслу, обязывающего страны снижать эмиссию парниковых газов. Однако общественное мнение в США начинает меняться, что продемонстрировал огромный успех документального фильма "Неудобная правда", где об изменении климата поведал бывший вице-президент США, сенатор Эл Гор.

Два арктических исследования NASA, опубликованных одновременно, делают первые шаги в разработке проблемы вечного, или "многолетнего" льда, в отличие от "сезонного" льда на краю ледового поля, который тает каждое лето.

Беспокойство по поводу скорости таяния до сих пор касалось именно сезонного льда: его летнее таяние и отступление с земного массива арктической части Канады и Сибири становится все заметнее. В сентябре 2005 года он отступил до самой низкой зарегистрированной отметки. Такого быстрого уменьшения раньше не наблюдалось. "Это тревожно, - заявил Джой Камисо, возглавлявший исследование Годдара. - Мы стали свидетелями уменьшения морского льда на 6 % в год в течение двух последних зим, и это, вероятнее всего, результат потепления из-за парниковых газов" (ЮНЕСКО начинает программу мониторинга глобальных изменений).

Д-р Сан Нгьем, возглавлявший группу, которая проводила исследование в Лаборатории реактивных силовых установок, заявил, что в предыдущие годы имелась некоторая изменчивость в состоянии вечного арктического льда. "Но она гораздо меньше и носит региональный характер, - заявил он. - Однако изменение, которое мы видим в 2004 - 2005 годах, огромно".

Британский профессор Джулиан Даудесвелл, директор Института полярных исследований им. Роберта Скотта в Кембридже, согласился, что изменения, продемонстрированные в ходе американских исследований, "огромны", добавив: "Остается увидеть, сохранится ли скорость изменений в последующие годы".

Уходящий 2005 год стал самым теплым в северном полушарии за всю историю метеонаблюдений. Об этом сообщили специалисты Агентства по климату США.

Вследствие этого уровень воды в арктических морях упал до рекордно низкой отметки, а площадь крупных ледников уменьшилась на несколько километров. По мнению руководителя центра климатического мониторинга США Джея Лоримора сокращение "снежных шапок" на севере может снизить способность региона отражать солнечную радиацию, что, в свою очередь, приведет к дальнейшему потеплению.

Рекордно высокие средние температуры по всему земному шару были отмечены в 1998 году. Как полагают специалисты, причиной феномена стало влияние тихоокеанского течения Эль-Ниньо. «Тенденции достаточно остры, … мы уже вернулись к показателям того примечательного периода», - сказал Лоримор (Десятилетие на спасение планеты). Но 2005 год стал практически таким же теплым и без влияния морских потоков.

Некоторые ученые видят причину этих катаклизмов в загрязнении окружающей среды. Однако другие полагают, что нынешняя ситуация является естественным природным процессом и не связана с деятельностью человека. Проблема глобальных климатических изменений объявлена приоритетной на саммите стран "большой восьмерки" в Глениглс (Шотландия) в июле этого года.

В настоящей главе отражены и обобщены существующие точки зрения специалистов различных стран и международных организаций на климатический мониторинг и службу сбора климатических данных.

В заключение следует еще раз подчеркнуть необходимость выделения из большого числа характеристик природной среды и факторов воздействия наиболее важных, приоритетных с точки зрения удовлетворения поставленным задачам, таких, как получение основных климатических данных для решения прикладных задач, определение характеристик состояния климатической системы и факторов воздействия на это состояние, необходимых для изучения и понимания изменений и колебаний климата в различных масштабах, выделения антропогенных воздействий и эффектов климатических изменений.

Наиболее актуальной задачей является организация такой системы мониторинга, с помощью которой стало бы возможным (конечно, в сочетании с моделированием климата и другими подходами) надежное выделение антропогенных и других эффектов и воздействий, связанных с наибольшим влиянием на климат и его изменения.

2. Организация системы климатического мониторинга в России

В нашей стране обсуждение системы мониторинга активизировалось перед Первым межправительственным совещанием по мониторингу, созванным в Найроби (Кения, февраль 1974 г.) Советом управляющих Программы ООН по проблемам окружающей среды (ЮНЕП) (Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП)); нужно подчеркнуть, однако, что наблюдения за многими изменениями в биосфере, вызванными причинами антропогенного характера, осуществлялись уже и ранее, в частности гидрометеорологической службой Советского Союза.

2.1 Деятельность Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета)

Главная цель деятельности Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета) состоит в снижении угрозы жизни населения и ущерба экономике страны от погодно-климатических явлений, обеспечении высокого уровня гидрометеорологической безопасности России.

Для достижения этой цели Росгидромет концентрирует усилия на решении следующих основных задач:

* Своевременное и качественное обеспечение органов государственной власти, населения, Вооруженных Сил и отраслей экономики Российской Федерации гидрометеорологической, гелиогеофизической информацией и данными о загрязнении окружающей среды.

* Развитие государственной системы наблюдения, оценки и прогноза состояния и загрязнения атмосферы, поверхностных вод суши, территориального моря, шельфа и околоземного космического пространства.

* Содействие повышению эффективности хозяйственной деятельности в «погодозависимых» отраслях экономики (авиации, морском, речном транспорте, ТЭКе, сельском хозяйстве, энергетике и т.д.) за счет предоставления обширной метеорологической и климатологической продукции и специализированного обслуживания.

* Развитие противолавинной и противоградовой службы и технологии активных воздействий на метеорологические и геофизические процессы.

* Поддержка и развитие научных исследований в области метеорологии, гидрологии, гелиогеофизики, мониторинга загрязнения окружающей среды, активных воздействий на метеорологические и геофизические процессы.

* Оценка и прогноз изменений климата, климатических (агроклиматических, поверхностных водных, ветро-, гелиоэнергетических и др.) ресурсов Российской Федерации.

* Обеспечение ведения Единого государственного фонда гидрометеорологических, океанографических и геофизических данных о состоянии окружающей среды, ее загрязнении, а также совершенствование технологии архивации данных.

* Активное участие в глобальном международном обмене гидрометеорологическими данными и обеспечение выполнения функций Мирового метеорологического центра Всемирной службы погоды (ВСП) в г. Москве и региональных специализированных метеорологических центров ВСП в городах Новосибирск и Хабаровск.

* Организация обучения, подготовки и повышения квалификации специалистов в области метеорологии, гидрологии, океанографии и смежных с ними областях.

Для исследования многолетних колебаний климата, совершенствования гидродинамических долгосрочных прогнозов погоды и восстановления информации о состоянии атмосферы Гидрометцентром России проводятся разнообразные эксперименты c гидродинамической моделью общей циркуляции атмосферы на сроки от нескольких лет до нескольких десятилетий.

Государственное учреждение «Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации» является ведущим научно-исследовательским и оперативно-методическим учреждением Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета) в области гидрометеорологических прогнозов.

История Гидрометцентра России тесно связана с развитием гидрометеорологической науки в стране. В соответствии с Постановлением правительства о создании единой гидрометеорологической службы 1 января 1930 г. было организовано Центральное бюро погоды, преобразованное в 1936 году в Центральный институт погоды (с 1943 г. - Центральный институт прогнозов). В 1965 г. Центральный институт прогнозов и Объединенный вычислительный центр Академии наук и Главного управления гидрометслужбы были объединены в одно учреждение - Гидрометеорологический научно-исследовательский центр СССР, с 1992 г. - Гидрометцентр России. Важным событием, во многом определившим судьбу научных исследований в Гидрометцентре России, было присвоение ему постановлением Правительства Российской Федерации № 1167 от 14 октября 1994 г. статуса Государственного научного центра Российской Федерации (ГНЦ РФ). В январе 2007 года по решению Правительства Российской Федерации этот статус был сохранен.

Для погоды и климата не существует границ, поэтому поддержание национальной и международной инфраструктуры обмена данными гидрометеорологических наблюдений и прогнозов - необходимое условие для обеспечения функционирования системы гидрометеорологического обслуживания. В системе Всемирной службы погоды Всемирной Метеорологической Организации (ВМО) Гидрометцентр России обеспечивает выполнение международных обязательств Российской Федерации по международному обмену прогностической информацией и данными гидрометеорологических наблюдений и функционирует как:

- Мировой Метеорологический Центр (ММЦ-Москва);

- Региональный специализированный метеорологический центр в европейском регионе;

- Национальный центр по гидрометеорологическим прогнозам.

Следует заметить, что в системе службы погоды ВМО, включающей на сегодняшний день 187 стран-участниц, существуют только три Мировых метеорологические центра - Вашингтон, Мельбурн и Москва. Все три ММЦ функционируют с 1965 года.

Главные задачи Гидрометцентра России:

- Получение новых знаний о погодообразующих процессах в системе "атмосфера-океан-суша";

- Оперативное обеспечение населения страны, государственных и хозяйственных структур гидрометеорологической информацией, включая предупреждения о неблагоприятных и опасных явлениях погоды.

Территория России характеризуется большим разнообразием климатических и погодных условий. От них в той или иной степени зависят практически все отрасли экономики. Опасные гидрометеорологические явления, такие как ураганы, шквалы, смерчи, град, цунами, пыльные бури, засухи, ливни, сели, наводнения, внезапные понижения температуры воздуха, снегопады, снежные лавины и другие, влекут за собой человеческие жертвы и наносят значительный материальный ущерб. Интенсификация производства и усложнение его производственной инфраструктуры, применение более сложных технологических процессов, освоение новых труднодоступных территорий и т.п. не только не ослабляет, а напротив, приводит к усилению влияния метеорологических факторов на хозяйственную деятельность. Увеличение числа жителей в населенных пунктах и городах, рост населения в прибрежных и подверженных наводнениям районах или других особо уязвимых для опасных явлений зонах приводит к тому, что все большее количество людей подвергается риску воздействий опасных природных явлений. Анализ данных о предотвращенном ущербе для основных отраслей экономики России показывает, что за счет своевременного прогнозирования и использования гидрометеорологической информации в среднем удается уменьшить экономические потери на 40 %. Наиболее подвержены действию погодных факторов сельское хозяйство (59 % от суммарного по экономике ущерба), энергетика, транспорт, строительство и коммунальные услуги (7 - 9 % от суммарного по экономике ущерба) (Добровольский С.Г., 2002).

В соответствии с Уставом ГУ «Гидрометцентр России» осуществляет оперативное информационное обеспечение исполнительных органов государственной власти и основных отраслей экономики, включая транспортный, топливно-энергетический, сельскохозяйственный и оборонный комплексы, а также гидрометеорологическое обеспечение в кризисных ситуациях, связанных с техногенными авариями и стихийными явлениями. Экономический эффект от использования гидрометеорологических прогнозов многократно превышает затраты на их производство.

Прогнозирование погоды - одна из сложнейших научно-технических задач. Ее эффективное решение возможно лишь такими средствами, которые в настоящее время принято именовать «высокими технологиями». В Гидрометцентре России имеются основные компоненты таких технологий:

- иерархия сложных математических моделей атмосферы, океана и верхнего слоя почвы;

- информационная среда, включающая огромные объемы разнообразных гидрометеорологических данных, поступающих со всего земного шара в режиме реального времени;

- современная система телекоммуникаций и высокопроизводительный вычислительный комплекс.

Проводимые Гидрометцентром России исследования связаны в единую цепь «исследование - разработка - освоение» от создания теоретической базы гидрометеорологического прогнозирования до разработки методик и технологий прогнозирования и оперативного гидрометеорологического обеспечения. Гидрометцентр России имеет ведущую в стране научную школу по гидрометеорологии. Исследования ведутся в рамках приоритетного направлению науки, технологий и техники Российской Федерации «Экология и рациональное природопользование» и критических технологий Российской Федерации «Мониторинг окружающей среды», «Снижение риска и уменьшение последствий природных и техногенных катастроф», «Компьютерное моделирование», а с 2006 г. по приоритетному направлению развития науки, технологий и техники Российской Федерации «Рациональное природопользование» и критической технологии «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы».

Основные направления исследований Гидрометцентр России включают:

- Фундаментальные и прикладные исследования гидрометеорологических процессов различного пространственно-временного масштаба, взаимодействия атмосферы с океаном, гидрологическими процессами на материках, криосферой и биосферой;

- Разработка и развитие физико-математических моделей природной среды (атмосферы, океана, внутренних вод суши и др.);

- Исследование предсказуемости гидрометеорологических процессов и развитие методов гидрометеорологических прогнозов различной заблаговременности, включая прогнозы опасных и гидрометеорологических явлений;

- Создание современных информационных технологий сбора, контроля, обработки гидрометеорологических данных (наземных, аэрологических, самолетных, морских, спутниковых) и выпуска прогностической и аналитической продукции.

Согласно принятой в ВМО классификации различают несколько категорий прогнозов погоды - от сверхкраткосрочных прогнозов на несколько часов вперед (как правило, это прогнозы опасных явлений с коротким жизненным циклом - гроз, града, шквалов, снежных зарядов и т.д.) до долгосрочных метеорологических прогнозов (на сезон и более). Последние уже относятся к категории прогнозов короткопериодных климатических изменений. Сфера деятельности Гидрометцентр России охватывает весь спектр таких прогнозов.

Научная и оперативно-производственная деятельность Гидрометцентра России не исчерпывается прогнозом погоды. Он активно работает в области гидрологии вод суши, океанографии и морской метеорологии, агрометеорологии и выпускает широкий спектр различной специализированной продукции. Прогноз урожайности основных сельскохозяйственных культур, прогнозирование качества воздуха в городах, долгосрочный прогноз уровня Каспийского моря и других внутренних водоемов для управления водными ресурсами, прогноз речного стока и связанных с ним наводнений и паводков и т.д. также являются областями его научной и практической деятельности.

Научные исследования Гидрометцентр России проводит в тесной кооперации с зарубежными метеорологическими организациями в рамках Всемирной службы погоды и других программ Всемирной метеорологической организации (Всемирная Программа Метеорологических Исследований, Всемирная Программа Исследования Климата, Международный Полярный Год и др.), на основе Соглашений по двустороннему научно-техническому сотрудничеству с метеослужбами Великобритании, Германии, США, Китая, Монголии, Польши, Финляндии, Франции, Югославии, Южной Кореи, Вьетнама, Индии, а также в рамках Межгосударственного совета по гидрометеорологии стран СНГ. 11 сотрудников Гидрометцентра России являются членами различных экспертных групп ВМО.

Прогноз погоды - не только исключительно сложная, но и крайне ресурсоемкая задача. Высокое пространственное разрешение и богатое физическое «наполнение» прогностических моделей очень важно для повышения качества прогнозов. В современных атмосферных моделях представлены основные погодообразующие механизмы (облачно-радиационные взаимодействия, фазовые переходы влаги, турбулентность в пограничном слое, преобразования тепла и влаги в верхнем слое почвы, взаимодействие с растительным покровом и т.д.). Однако часть физических процессов при этом сознательно не учитывается или огрубляется из-за ограниченности ресурсов. Гидродинамические модели Гидрометцентра РФ прогнозируют не точечные, а осредненные по ячейкам расчетной координатной сетки характеристики. Все многообразие свойств атмосферы и подстилающей поверхности внутри ячейки представляется пространственно осредненными сеточными значениями. Пространственно-временная дискретизация и сглаживание сказываются на способности моделей воспроизводить локальные особенности метеорологических полей и, в первую очередь, экстремальные характеристики и резкие изменения погоды, как правило, представляющие наибольший интерес для потребителей прогнозов. В связи с этим важной вехой в развитии отечественной гидрометеорологической науки и прогностических моделей должно стать предстоящее техническое перевооружение организаций Росгидромета. В ходе реализации постановления Правительства Российской Федерации № 94 от 8.02. 2002 г. «О мерах по обеспечению выполнения обязательств Российской Федерации по международному обмену данных гидрометеорологических наблюдений и осуществлению функций Мирового метеорологического центра (ММЦ) в г. Москве» в первой половине 2008 года предполагается установка в ММЦ-Москва нового суперкомпьютера с пиковой производительностью не менее 8 Терафлоп (8000 миллиардов операций в секунду). Подобного рода системы имеются лишь в немногих ведущих метеорологических центрах ряда зарубежных стран (США, Великобритания, Япония, Германия, Австралия, Китай, Республика Корея). Можно надеяться, что в недалеком будущем многочисленные потребители гидрометеорологических прогнозов «почувствуют разницу» в качестве продукции Росгидромета.

2.2 Российские программы по исследованию климата

Рассмотрим основные российские программы по климатическому мониторингу.

В программе «Исследование роли энергоактивных зон океана в колебаниях климата» - «Разрезы» участвовали многие учреждения РАН, Росгидромета, АН Украины. Целью программы было изучение короткопериодных флуктуаций климата путем проведения специализированных океанографических аэрологических наблюдений в энергоактивных зонах океана, изучение взаимодействия океана и атмосферы, анализ спутниковой информации, проведение специализированных спутниковых наблюдений, анализ отклика атмосферы на аномалии температуры поверхности океана и т.д. В тропических районах имелось сильное пересечение по целям и средствам с программой ВПИК-ТОГА.

Для программы «Разрезы» во ВНИИГМИ-МЦД было создано несколько баз данных. Одним из первых массивов, предложенных ВНИИГМИ-МЦД, было создание универсальной базы данных, включающей морские гидрометеорологические, аэрологические и океанографические наблюдения, т.е. данные представляющие собой единую вертикаль в океане и атмосфере (Режимно-справочные банки океанографических данных, 1989). Но из-за отсутствия долговременных и одновременных наблюдений в океане и атмосфере от создания такой базы данных пришлось отказаться. Следующим этапом в программе «Разрезы» было создание исторических массивов по данным температуры воды, воздуха и солености для энергоактивных зон Мирового океана. Но и эти базы данных невозможно было усвоить в численных моделях. Поэтому пришли к созданию баз данных синоптического типа. Так были созданы следующие массивы данных:

ЭАЗООКЕАН - океанографические данные по энергоактивным зонам, содержит исторические глубоководные данные по Норвежской, Ньюфаундлендской, Тропической ЭАЗО, ЭАЗО Гольфстрим и Куросио (температура, соленость, содержание кислорода на стандартных горизонтах), рассортированные по одноградусным квадратам и упорядоченные во времени за 1900 - 1981 гг.

Результаты сезонных съемок в ЭАЗО (1981 - 1985 гг.) - стандартные океанографические и метеорологические, в некоторых случаях актинометрические и аэрологические наблюдения.

«Вертикаль», сформированный по данным океанической станции погоды «С» за 1977 - 1979 гг.

Разрезы-океан - глубоководные океанографические данные по Северной Атлантике. Хронологический массив глубоководных наблюдений в Северной Атлантике, включающий сведения о температуре и солености на стандартных горизонтах за 1981 - 1984 гг.

Разрезы-метео - метеорологические данные по Северной Атлантике. Хронологический массив метеорологических наблюдений в Северной Атлантике, включающий сведения о температуре воды и воздуха, давлении, точке росы за 1981 - 1985 гг.

В 1979 г. IX конгресс ВМО принял решение об учреждении Всемирной климатической программы. Ее основной исследовательской частью является Всемирная программа исследования климата (ВПИК), официально начавшаяся с января 1980 года (Мягкова И.Н.).

Основные цели ВПИК заключаются в определении:

- степени предсказуемости изменений климата;

- степени влияния человека на климат.

Для достижения этих целей необходимо:

а) усовершенствовать знания в отношении глобальных и региональных климатических систем, их изменений во временных масштабах и нашего понимания механизмов, ответственных за изменение климата;

б) оценить тенденции изменчивости глобальных и региональных климатических систем;

в) разработать и усовершенствовать физико-математические модели, позволяющие моделировать и в итоге прогнозировать изменение климата в широком диапазоне пространственных и временных масштабов;

г) исследовать чувствительность климата к возможным естественным и антропогенным влияниям и оценить климатические изменения, возникающие в результате возмущающих воздействий.

Работа ВПИК организуется по трем направлениям. Первое направлено на расширение срока прогноза погоды на месяц и вплоть до сезона. Второе - на изучение межгодичной изменчивости климата в глобальном и региональном масштабах. Третье направление - изучение чувствительности климата к внешним воздействиям, таким, как изменение концентрации оптически активных или «парниковых» газов. К последним относятся углекислый газ, а также метан, фреоны, тропосферный озон, окислы азота и ряд других. План ведения ВПИК, одобренный на межправительственном совещании экспертов в мае 1986 года, состоит из ряда подпрограмм, проектов, каждый из которых, в свою очередь, состоит из многих подпроектов, экспериментов, работ по созданию специфических банков данных, созданию специальных наблюдательных систем (ЮНЕСКО начинает программу мониторинга глобальных изменений).

Первая компонента ВПИК - изучение прогноза климата атмосферы - нацелена на улучшение моделей общей циркуляции атмосферы, которые уже используются для прогноза погоды с тем, чтобы удлинить сроки прогноза до нескольких недель (или сезона). При этом важно уметь описывать источники и стоки энергии в атмосфере и на поверхности. Для достижения второй и третьей целей ВПИК модели атмосферы должны быть связаны с моделями океана, так как именно океан вместе с криосферой является наиболее инерционным звеном климатической системы.

Ввиду ограниченности пространственного и временного разрешения в численных моделях прогноза погоды и климата многие процессы, например, облачность, взаимодействие атмосферы с подстилающей поверхностью, не могут быть описаны детально или индивидуально параметризованы, т.е. обозначены в терминах крупномасштабных переменных, явно фигурирующих в модели. Разработка таких параметризаций требует данных большого количества специально поставленных экспериментов.

Работы по программе выполняются по следующим направлениям: глобальная климатология облачности и радиации по спутниковым и наземным данным; исследования радиации и облачности; наземные и самолетные измерения облачности и радиации; теоретические исследования взаимодействия облачности и радиации; спутниковые измерения характеристик облачности и радиации; региональный подспутниковый радиационно-облачный эксперимент. Международный спутниковый проект климатологии облачности ставит своей целью получение глобальных данных по распределению облачности, потоков радиации и их зависимости от полей ветра и температуры в атмосфере, от свойств подстилающей поверхности. ВПИК состоит из следующих подпрограмм.

Подпрограмма криосферных исследований направлена, в основном, на изучение морского льда и процессов, которые контролируют его распространение и толщину (Кондратьев К.Я., 1982).

Подпрограмма оценки чувствительности климата ориентирована на получение количественных знаний о роли различных астрономических (вариации потока солнечной энергии), геофизических (вулканический аэрозоль) или антропогенных факторов (увеличение концентрации парниковых газов, дым от пожаров ядерной войны).

Подпрограмма по климатологии облачности и радиации дополняет Международный спутниковый проект климатологии облачности и радиации. Ее цель - разработка параметризации облачности и ее взаимодействия с радиацией. Она включает составление банка данных и составление на этой основе атласа облачности, изучение физики облаков, создание моделей, изучение особенности облачности в полярных районах, спутниковые системы, подспутниковый эксперимент. Осуществлен запуск специализированных спутников, в том числе с участием Франции, в постановке специализированной аппаратуры для определения компонент радиационного баланса и облачности.

Подпрограмма по гидрологии и атмосферным процессам. Цель - параметризация влагозапаса в почве и поверхностного стока в зависимости от атмосферных переменных. Для этого запланировано проведение комплексных экспериментов, в которых будут измеряться эти характеристики, сток в речных бассейнах регионов (приблизительно 100 х 100 км), испарение, компоненты баланса энергии на поверхности почвы. Цель этой программы, как и предыдущих, состоит в обеспечении выполнения прогнозов погоды на долгие сроки и межгодичной изменчивости. Определяются изменения влагозапаса в почве и поверхностного стока в зависимости от свойств подстилающей поверхности и метеорологических полей. В 1986 г. уже проведен первый из серии таких экспериментов в Юго-Западной Франции, в 1988 - 1989 гг. близкий эксперимент проведен силами ряда учреждений России, Германии, Чехословакии на базе Курского полигона Института географии РАН.

Изучение чувствительности климата к изменениям состава атмосферы антропогенного происхождения. Состав атмосферы изменяется благодаря увеличению в нем концентрации углекислого газа, метана, фреонов, окислов азота. Все эти газы практически не влияют на поглощение в атмосфере солнечной радиации и увеличивают поглощение тепловой радиации поверхности и атмосферы, увеличивая этим парниковый эффект. Производится мониторинг многих из этих газов. Разрабатываются модели углеродного цикла и цикла других газов с целью определения будущих концентраций этих газов, разрабатываются сценарии будущего развития энергетики, которые дадут возможность определить эмиссии СО2 и метана в будущем. Разрабатываются модели для оценок чувствительности климата к этим газам. Усиленно изучаются палеоклиматические аналоги современных изменений климата на эпохи, которые предполагаются близкими к климату будущего столетия. Ведется детальная реконструкция и анализ флуктуации климата за последние 100 - 150 лет и за более отдаленные эпохи.

Программа исследования гидрологических и атмосферных процессов. Цель программы исследования гидрологических и атмосферных процессов (ПГИАП) - разработка методов параметризации потоков тепла и влаги на зонально-ландшафтной основе и выявление роли гидрологических процессов в формировании и изменении климата.

Программа состоит из четырех основных разделов. Первый включает в себя серию проводимых в различных природных зонах России международных экспериментов по исследованию взаимосвязи гидрологических и атмосферных процессов. Второй раздел программы предусматривает разработку моделей гидрологического цикла, тепло- и влагообмена, учитывающих ландшафтные неоднородности подсеточного масштаба. Для оценки роли ландшафтных неоднородностей разного масштаба намечено проведение экспериментов на глобальных климатических моделях. Третий раздел охватывает параметризацию и картирование теплового и водного балансов на региональном и глобальном уровнях по сезонам, месяцам и более коротким отрезкам времени. Четвертый - предусматривает усвоение результатов исследований в климатических моделях.

В выполнении программы участвовали 14 учреждений бывшего СССР. Координаторами программы были Институт географии РАН, Институт физики атмосферы РАН и Институт водных проблем РАН.

ПГИАП выполнялась в рамках Международного проекта экспериментальных исследований глобального круговорота энергии и воды. В 1987 - 1988 гг. в рамках ПГИАП проведен международный эксперимент КУРЭКС-88 - первый из серии экспериментов, планируемых на территории России. Аналогичные работы проводились или планируются во Франции, в США, Китае и других странах. КУРЭКС-88 охватывал гидрологический год с 15 ноября 1987 г. по 15 ноября 1988 г. Международная часть эксперимента осуществлялась с 13 июня по 22 июля 1988 г. В международной фазе КУРЭКС-88 участвовали специалисты из более чем 20 институтов бывшего СССР и 13 институтов Болгарии, Венгрии, Вьетнама, Германии, Китая, Кубы, Польши и Чехословакии. В эксперименте приняло участие около 200 специалистов, в том числе 35 из бывших социалистических стран.

Основное внимание было уделено изучению процессов тепло- и влагообмена между атмосферой и подстилающей поверхностью на ландшафтной основе в течение характерных гидрологических сезонов и фенофаз развития растительного покрова с целью их последующей параметризации. Ключевое место в эксперименте занимала проблема оценки влияния ландшафтных неоднородностей подсеточного масштаба на процессы тепло- и влагообмена суши с атмосферой в различных масштабах времени - от внутрисуточных до годовых отрезков времени, и пространства - от однородных выделов до масштаба ячейки моделей климата 100 ? 100 км или 100 ? 200 км.

Важная задача эксперимента - оценка водного и теплового балансов элементарных геосистем и на этой основе - интегральных балансов для бассейна р. Сейм в целом по годовым, сезонным и более коротким отрезкам времени.

В период эксперимента в основных ландшафтах Курской модельной области (водосбор р. Сейм) проводились синхронные измерения составляющих теплового баланса, пульсационные и фитометрические измерения, наблюдения за составляющими гидрологического цикла (атмосферные осадки, влажность почвы, склоновый и речной сток, уровни фунтовых вод, водно-физические характеристики почв и др.).

По результатам эксперимента создан архив данных международной фазы КУРЭКС-88. Архив включает в себя данные пульсационных измерений потоков тепла и влаги, теплобалансовых и актинометрических измерений, атмосферные осадки, данные измерений влажности почв, фитометрических измерений, данные о поверхностном стоке, водно-физических константах и структуре землепользования. Все вошедшие в архив материалы записаны в виде текстовых файлов (Мягкова И.Н.).

В рамках Межведомственного проекта "Меридиан" продолжены высокоточные измерения структуры вод Северной Атлантики, в результате которых зафиксированы ее долгопериодные климатические изменения, хорошо согласующиеся с изменчивостью крупномасштабной циркуляции океана. Впервые зафиксировано перетекание вод арктического происхождения у восточного материкового склона Северной Атлантики. В сочетании с также зафиксированным усилением двух традиционных источников арктических вод в Северной Атлантике (воды Датского и Фаррерско-Шотландских проливов) это говорит об интенсификации водообмена между арктическим бассейном и Северной Атлантикой. Обнаружено, что за последние пять лет произошло потепление (на 0,2 - 0,4°) и осолонение вод верхних 200 м, поступающих с Северо-Атлантическим течением в Норвежское море, а также потепление Северо-восточных глубинных вод, приходящих из Норвежского моря в Северную Атлантику. В бассейне Ирмингера за этот период времени произошло резкое потепление (на 0,3 - 1,5°) всей толщи вод свыше 2000 м. Для слоя термоклина и Лабрадорской воды это потепление сопровождается и осолонением на 0,02 - 0,04 единицы. Кроме того, структура Лабрадорской водной массы в этом районе стала двухмодовой из-за межгодовой изменчивости глубины проникновения зимней конвекции в море. В слое Северо-западных глубинных вод ситуация обратная - за пять лет произошло охлаждение (более чем на 1°С) и опреснение (на 0,02 - 0,06 ед.) этой водной массы, причем не у дна, а на 100 - 500 м выше. Изменения термохалинных характеристик за 40 лет показывают иные тенденции. Наблюдается общее опреснение и охлаждение вод ниже 1000 м. Напротив, в наиболее глубокой части бассейна Ирмингера у дна Северо-западная глубинная вода потеплела на 0,2 - 0,4°. Все изменения температуры и солености определяются, прежде всего, трансформацией во времени ядер водных масс.

Исследования климатической изменчивости характеристик ветровых волн позволило впервые выявить тенденции изменений высот волн в Атлантике и Тихом океане за период более ста лет. Было установлено, что в Северной части Тихого океана имеется устойчивая тенденция роста ветровых волн (до 8 см в 10 лет) за период с 1900 года. В то же время, в Атлантическом океане не отмечается сколь либо значимых трендов высот ветровых волн за последнее столетие. Однако, в течение последних четырех десятилетий имеется тенденция существенного роста ветровых волн в обоих океанах (до 8 см в 10 лет). Исследование экстремальных высот волн показало, что вероятные волны столетней повторяемости имели тенденцию к увеличению в северо-восточной Атлантике и северо-восточной части Тихого океана на 30 - 70 см за 30 лет. Эта изменчивость увязана с усилением интенсивности атмосферных циклонических образований в обоих океанах.