Если они не оказывают заметного воздействия на воздушную оболочку сразу после выброса, то их перемещение можно предсказать, анализируя обычные атмосферные процессы. Однако, как отмечалось выше, частицы сажи, выброшенные в атмосферу в результате городских пожаров, могут вызвать значительное нагревание ее, что в свою очередь приведет к изменениям в характере движения воздушных масс и, следовательно, к дальнейшему перемещению дымового аэрозоля, от распределения которого в атмосфере, будет зависеть его перенос. Можно предположить, что верхняя часть облака, содержащего частицы, нагреется вследствие поглощения солнечной энергии — в результате они поднимутся еще выше. Это явление находится в прямой зависимости от количества солнечного излучения, падающего на Землю, а оно может изменяться со временем года и широтой. Нагревание верхних слоев атмосферы при одновременном охлаждении нижних вызовет очень сильную инверсию температуры между земной поверхностью и верхними слоями тропосферы, что будет препятствовать перемешиванию воздушных масс в тропосфере. Таким образом, аэрозольное облако (по крайней мере его верхняя часть), по всей видимости, переместится в более высокие и устойчивые слои атмосферы, где вероятность удаления частиц из атмосферы существенно меньше, чем в нижней тропосфере.
Эти условия аналогичны тем, которые наблюдаются в невозмущенной стратосфере; по существу, аэрозольные частицы как бы образуют свою собственную «стратосферу». По этой причине высота, на которую первоначально выбрасываются частицы, является не столь решающим параметром, как предполагалось. А это очень важно для оценки их времени «жизни» и времени пребывания в стратосфере. При стабильных стратосферных условиях частицы остаются там в течение периода от шести месяцев до двух лет, тогда как в турбулентной тропосфере их пребывание ограничивается несколькими днями или неделями. Поскольку время нахождения частиц в атмосфере определяет степень и продолжительность их воздействия на климат, на эти аспекты проблемы следует обратить особое внимание в будущих исследованиях. До недавнего времени при численном моделировании не учитывались эффекты интерактивного, или самосогласованного, переноса частиц, когда нагрев дымового аэрозоля оказывает воздействие на его перенос. Поскольку предыдущие исследования не достаточно четко отображают истинную картину явления, необходимо значительное совершенствование методов моделирования.
Одним из важных достижений в этой области, на котором основывается и настоящая книга, являются разработка и применение трехмерных моделей, описывающих полностью интерактивный перенос частиц, т. е. учитывающих не только влияние загрязнения на формирование тепловых полей и циркуляцию, но и гидродинамический перенос аэрозолей в возмущенной атмосфере.
Другое усовершенствование метода моделирования связано с расчетом флуктуации климата после инжек-ции дыма в определенных регионах земного шара (например, в Северной Америке, Европе или Советском Союзе), а не распределенных равномерно над поверхностью всей планеты. Подобные оценки более реальны для прогнозирования последствий, если учитывать, что значительная часть ядерных боеприпасов будет взорвана на территории противоборствующих сторон в Северном полушарии. Поэтому в начальной стадии дымовые облака над этими территориями окажутся более плотными.
Численные расчеты, учитывающие процессы взаимодействия дымовых облаков, а также региональные особенности дымового выброса, показывают, что если боевые действия в Северном полушарии развернутся весной или летом, то дым поднимется на высоту примерно 10—20 км. Находясь на тех же высотах, он постепенно переместится в южном направлении — через тропики в Южное полушарие. Это произойдет в течение нескольких недель. При выбросе сажи общей массой 30—40 млн. т, что лежит в рамках рассматриваемого в настоящем исследовании диапазона загрязнений, в среднем возможное падение температуры в средних широтах Северного полушария будет лишь незначительно меньше в случае учета интерактивного переноса. В отдельных случаях похолодание может оказаться более сильным. В то же время новые исследования показывают, что возможно заметное похолодание в низких широтах Северного полушария, а также климатические аномалии в тропиках и средних широтах Южного полушария. Чтобы более точно оценить масштабы этих процессов — особенно в Южном полушарии,— нужны дальнейшие исследования.
Другой важный результат новых расчетов указывает на значительное снижение высоты тропопаузы (границы между тропосферой и стратосферой) в Северном полушарии. При этом дождевые осадки могут в основном формироваться лишь в нижних слоях атмосферы (протяженностью несколько километров) над океанами. Это обстоятельство важно, поскольку основная часть дыма в этом случае окажется выше той области атмосферы, где формируются осадки, с которыми он может быть удален. В этих условиях частицы могут остаться в атмосфере на гораздо более длительный период. Это приведет к более продолжительному похолоданию у поверхности Земли и увеличению времени, в течение которого будет осуществляться эффективный перенос частиц в тропические районы и в Южное полушарие, где они также окажут воздействие на климат.
Необходимо отметить, что названные результаты относятся к сценарию, в котором предполагается, что ядерный конфликт начнется в северных районах планеты летом. Если же он разразится зимой, то, как показывает моделирование, в начальный период не будет происходить перенос частиц в южном направлении; в этом случае возможно более быстрое самоочищение атмосферы. Климатическое воздействие на тропические районы и Южное полушарие зависит от высоты, на которую поднимается в атмосфере дымовой выброс, а также от продолжительности пребывания там частиц дыма и сажи: если они останутся в воздухе до весны, то в результате процессов теплообмена значительная их часть может переместиться в южном направлении. Подобная ситуация пока еще не исследовалась на моделях.
Расчеты показывают, что предполагаемое похолодание в средних и высоких широтах Северного полушария в период весны — осени может быть гораздо более существенным по абсолютным значениям, чем в субтропиках и Южном полушарии. Однако это отнюдь не означает, что воздействие похолодания на людей и биологическую среду в южных районах земного шара будет слабее.
Если интенсивные дымовые выбросы произойдут в Северном полушарии летом, то температуры в средних и высоких широтах понизятся, по-видимому, до значений, характерных для зимнего времени. Однако в нормальных условиях зима наступает не мгновенно, а постепенно и в одно и то же время года, так что люди, животные и растения имеют возможность подобающим образом подготовиться к ней. При возникновении ядерного конфликта летом сильное похолодание обрушится на северные районы внезапно — будет как бы «внесезонным», особенно пагубно оно скажется, если наступит в середине периода созревания урожая.
Даже если падения температуры в низких широтах окажутся не столь резкими, в тропических и субтропических районах может наступить похолодание, сопровождающееся значительным сокращением количества осадков. А в этих областях растения в период роста гораздо чувствительнее к температурным аномалиям и количеству осадков, чем в зонах умеренного климата. Этот фактор очень важно учитывать при анализе последствий ядерного конфликта для сельского хозяйства.
Эти условия аналогичны тем, которые наблюдаются в невозмущенной стратосфере; по существу, аэрозольные частицы как бы образуют свою собственную «стратосферу». По этой причине высота, на которую первоначально выбрасываются частицы, является не столь решающим параметром, как предполагалось. А это очень важно для оценки их времени «жизни» и времени пребывания в стратосфере. При стабильных стратосферных условиях частицы остаются там в течение периода от шести месяцев до двух лет, тогда как в турбулентной тропосфере их пребывание ограничивается несколькими днями или неделями. Поскольку время нахождения частиц в атмосфере определяет степень и продолжительность их воздействия на климат, на эти аспекты проблемы следует обратить особое внимание в будущих исследованиях. До недавнего времени при численном моделировании не учитывались эффекты интерактивного, или самосогласованного, переноса частиц, когда нагрев дымового аэрозоля оказывает воздействие на его перенос. Поскольку предыдущие исследования не достаточно четко отображают истинную картину явления, необходимо значительное совершенствование методов моделирования.
Одним из важных достижений в этой области, на котором основывается и настоящая книга, являются разработка и применение трехмерных моделей, описывающих полностью интерактивный перенос частиц, т. е. учитывающих не только влияние загрязнения на формирование тепловых полей и циркуляцию, но и гидродинамический перенос аэрозолей в возмущенной атмосфере.
Другое усовершенствование метода моделирования связано с расчетом флуктуации климата после инжек-ции дыма в определенных регионах земного шара (например, в Северной Америке, Европе или Советском Союзе), а не распределенных равномерно над поверхностью всей планеты. Подобные оценки более реальны для прогнозирования последствий, если учитывать, что значительная часть ядерных боеприпасов будет взорвана на территории противоборствующих сторон в Северном полушарии. Поэтому в начальной стадии дымовые облака над этими территориями окажутся более плотными.
Численные расчеты, учитывающие процессы взаимодействия дымовых облаков, а также региональные особенности дымового выброса, показывают, что если боевые действия в Северном полушарии развернутся весной или летом, то дым поднимется на высоту примерно 10—20 км. Находясь на тех же высотах, он постепенно переместится в южном направлении — через тропики в Южное полушарие. Это произойдет в течение нескольких недель. При выбросе сажи общей массой 30—40 млн. т, что лежит в рамках рассматриваемого в настоящем исследовании диапазона загрязнений, в среднем возможное падение температуры в средних широтах Северного полушария будет лишь незначительно меньше в случае учета интерактивного переноса. В отдельных случаях похолодание может оказаться более сильным. В то же время новые исследования показывают, что возможно заметное похолодание в низких широтах Северного полушария, а также климатические аномалии в тропиках и средних широтах Южного полушария. Чтобы более точно оценить масштабы этих процессов — особенно в Южном полушарии,— нужны дальнейшие исследования.
Другой важный результат новых расчетов указывает на значительное снижение высоты тропопаузы (границы между тропосферой и стратосферой) в Северном полушарии. При этом дождевые осадки могут в основном формироваться лишь в нижних слоях атмосферы (протяженностью несколько километров) над океанами. Это обстоятельство важно, поскольку основная часть дыма в этом случае окажется выше той области атмосферы, где формируются осадки, с которыми он может быть удален. В этих условиях частицы могут остаться в атмосфере на гораздо более длительный период. Это приведет к более продолжительному похолоданию у поверхности Земли и увеличению времени, в течение которого будет осуществляться эффективный перенос частиц в тропические районы и в Южное полушарие, где они также окажут воздействие на климат.
Необходимо отметить, что названные результаты относятся к сценарию, в котором предполагается, что ядерный конфликт начнется в северных районах планеты летом. Если же он разразится зимой, то, как показывает моделирование, в начальный период не будет происходить перенос частиц в южном направлении; в этом случае возможно более быстрое самоочищение атмосферы. Климатическое воздействие на тропические районы и Южное полушарие зависит от высоты, на которую поднимается в атмосфере дымовой выброс, а также от продолжительности пребывания там частиц дыма и сажи: если они останутся в воздухе до весны, то в результате процессов теплообмена значительная их часть может переместиться в южном направлении. Подобная ситуация пока еще не исследовалась на моделях.
Расчеты показывают, что предполагаемое похолодание в средних и высоких широтах Северного полушария в период весны — осени может быть гораздо более существенным по абсолютным значениям, чем в субтропиках и Южном полушарии. Однако это отнюдь не означает, что воздействие похолодания на людей и биологическую среду в южных районах земного шара будет слабее.
Если интенсивные дымовые выбросы произойдут в Северном полушарии летом, то температуры в средних и высоких широтах понизятся, по-видимому, до значений, характерных для зимнего времени. Однако в нормальных условиях зима наступает не мгновенно, а постепенно и в одно и то же время года, так что люди, животные и растения имеют возможность подобающим образом подготовиться к ней. При возникновении ядерного конфликта летом сильное похолодание обрушится на северные районы внезапно — будет как бы «внесезонным», особенно пагубно оно скажется, если наступит в середине периода созревания урожая.
Даже если падения температуры в низких широтах окажутся не столь резкими, в тропических и субтропических районах может наступить похолодание, сопровождающееся значительным сокращением количества осадков. А в этих областях растения в период роста гораздо чувствительнее к температурным аномалиям и количеству осадков, чем в зонах умеренного климата. Этот фактор очень важно учитывать при анализе последствий ядерного конфликта для сельского хозяйства.
