Интервью с членом-корреспондентом РАН Гулевым С. К

Интервью с членом корреспондентом РАН Гулевым С. К.

Гулев Сергей Константинович — член-корреспондент РАН (2011), доктор физико-математических наук (1997), с 1994 г. — заведующий Лабораторией взаимодействия океана и атмосферы и мониторинга климатических изменений. Прочитать биографию

Какова роль Мирового океана в современной жизни и экономике?

Традиционно мы говорим, что океан – это источник ресурсов (как геологических, так и биоресурсов), что это область функционирования морского транспорта и регулятор климата. Отсюда следует необходимость постоянного изучения океана, поскольку разведка и добыча ресурсов должна быть эффективной и безопасной, как и транспортные операции, а прогнозы климата и погоды должны быть более точными, что также требует описания океанского сигнала. Это – бузусловно верно, однако сегодня, даже в рамках этих традиционных сфер использования океана находятся все новые и новые области. К ним относится, например, транспорт информации по кабельным и оптоволоконным сетям, проложенным по дну океана и обеспечивающим более высокую скорость передачи информации по сравнению со спутниковыми системами. Более того, сегодня мы подходим к расширению своего присутствия в океане за счет строительства новых гигантских конструкций – аэропортов, как в Сингапуре, и островов с дорогостоящими отелями, как в Эмиратах, не говоря уже о добывающих платформах и ветроэнергетических комплексах.

Проблема безопасности морской деятельности

Доля морских и океанских перевозок в общем объеме транспортировки всех видов грузов за последнее десятилетие возросла более чем на 23%. При этом относительный рост океанской транспортировки нефти, газа, угля, руд и металлов, леса составил более 30%. Протяженность морских трубопроводов возросла за последние десятилетия в сотни раз. Развитие и удешевление оптоволоконных технологий позволило океанским кабельным линиям связи успешно конкурировать со спутниковыми системами, опережая их по скорости и объемам передачи информации. Все это, а также постоянно возрастающие объемы освоения и использования биологических и минеральных рессурсов Мирового океана делают его средой человеческой деятельности, сопоставимой по интенсивности нагрузок с сушей. Кроме того, будучи областью геополитических и военных интересов, Мировой океан является объектом стратегического планирования и ареной постоянного присутствия и операций Военно-морского флота и других систем вооружений.

При этом, по сравнению с сушей, океанская среда является существенно более агрессивной, значительно повышая риски всех видов хозяйственной деятельности и предъявляя специфические требования к стратегическому и тактическому планированию. Отсутствие или недостоверность оценок повторяемости экстремальных явлений, связанных с океаном, таких как ветро-волновые характертики, экстремальные шторма, подъемы уровня, а также тропические и внетропические циклоны, существенно повышает риски всех видов морских операций, препятствует их эффективному планированию и не позволяет эффективно действовать в чрезвычайных ситуациях. Несмотря на улучшение качества прогноза опасных явлений в Мировом океане, относительная роль неблагоприятных океанологических и метеорологических факторов в общем количестве инцидентов на море постоянно растет. По данным Регистра Ллойда (Lloyd Register) за последние 25 лет количество инцидентов с судами и платформами в Мировом океане, связанными с неблагоприятными природными условиями, росло, хотя общее число инцидентов на море несколько снижалось. При этом, относительный вклад количества инцидентов, непосредственной причиной которых являлись неблагоприятные погодные условия, возрос с 23 до 47% при росте доли ущерба от 19 до 59%.

Таким образом, на сегодня мы имеем конфликт между растущим технологическим уровнем гидрометеорологического обеспечения и прогнозирования, с одной стороны, и его эффективностью с точки зрения оценки вероятности особо опасных природных явлений в Мировом океане и минимизации ущерба, с другой. Важно и то, что эта задача непосредственно связана с изменениями климата и ролью океана в этих изменениях. Например, нами в России и нашими коллегами в США и Канаде установлена устойчивая тенденция роста высот ветровых волн, начиная с конца 1950-х годов. Причем в окраинных морях рост происходит более интенсивно, чем в открытом океане, что связано с особенностями климатических изменений региональной атмсоферной циркуляции. Таким образом, проектирование новых платформ и судов, основанное на ветро-волновых характеритиках, расчитанных по данным 1960—1980-х годов оказывается необоснованным, если речь идет о сегодняшнем дне. А при проектировании новых платформ и судов для использования в 2020—2030 годах нам нужен уже прогноз климата, который можно сделать только с помощью климатических моделей, в которых океанских блок является наиболее сложным.

Каковы главные океанские климатические сигналы, которые могут существенно повлиять на нашу жизнь через 10-20-100 лет?

Есть два типа таких сигналов. Во-первых, это климатические изменения самого океана. Помимо изменений региональной штормовой активности, наиболее серьезными и значимыми являются сегодня ожидаемые изменения климата в Арктике. Принципиальной особенностью наблюдаемого резкого потепления Арктики является его большая интенсивность в зимний сезон по сравнению с летним, когда тренды потепления лишь немного сильнее тех, что наблюдаются в средних широтах и тропиках. Арктическое потепление сопровождается беспрецедентным сокращением ледового покрова в Арктике. За последние 30 лет это сокращение составило более 25%. Прямая экстраполяция таких трендов допускает возможность исчезновения плавучих льдов по крайней мере в летний период через 2-3 десятилетия. Это потребует пересмотра всей стратегии транспортных операций на Северном морском пути.

Оценки возможных изменений фрахтовой cтавки перевозок по Северному морскому пути по сравнению с фрахтовой ставкой перевозок через Суэцкий канал между Европой и Юго-восточной Азией и Дальним востоком при наблюдаемой тенденции потепления показывают, что уже начиная с 2020 года первозки между Европой и Азией Северным морским путем станут намного выгоднее любых альтернативных. Перспективы возможных стратегических решений здесь огромны. Это и новые типы ледоколов, и новые требования к арктическим судам, поскольку открывшаяся ото льда вода будет подвежена штормовой активности, и мы пока не знаем ее характеристик. Это и новые требования к причальным сооружениям в Арктике, поскольку существующие спроектированы и построены с учетом вечной мерзлоты, распространяющейся на все Арктическое побережье. А ведь одновременно с потеплением возможно сезонное (и не только) оттаивание вечной мерзлоты, что формулирует новые требования к береговому строительству. Как шутят военные по поводу вражеских эсминцев, бороздящих арктические воды в отсутствие льда, «они пристать к берегу и высадитться не смогут, поскольку сразу же утонут в болотах».

Однако для достоверного ответа на вопрос, насколько устойчива наблюдаемая тенденция и насколько вероятны самые невероятные сценарии, надо уверенно оценить, насколько устойчив во времени соврменный тренд, возможны ли изменения его интенсивности, а возможно, и знака. Ответ на эти вопросы требует оценивания относительной роли антропогенных факторов и естественной изменчивости, в первую очередь связанной с океанскими процессами на границе Атлантики и Арктики.

Вторым, не менее важным климатическим эффектом является воздействие океанов на климат континентов. Да, океан – важнейший регулятор климата, поскольку именно океан поставляет в атмсоферу тепло и влагу, которую называют топливом атмосферы. За счет этого может существенно изменяться атмсоферная циркуляция, пути движения циклонов, их интенсивность и частота, а также количество влаги, перносимых ими. Это, в свою очередь, изменяет режимы осадков на континентах. Недавно нами было установлено, что сами по себе климатические суммы осадков не изменяются, или изменяются слабо. Однако происходит интенсификация осадков, то есть количество дней с осадками уменьшается, а интенсивность каждого события становится более мощной. Более того, эти дни с осадками имеют тенденцию группироваться таким образом, что влажные периоды становятся более длительными, как и сухие периоды между ними. Как с ниткой бус, где бусины можно собрать в группы. Причина таких изменений, отмечающихся в Европейской России, лежат в существенном усилении потоков тепла и испарения с поверхности Атлантики и влияния этих потоков на атмосферные циклоны, которые группируются в серии, как раз и являющиеся причиной наблюдаемых изменений в режимах увлажнения.

Что является главным климатообразующим механизмом в океане?

Четверть века назад, российский ученый, океанолог Сергей Сергеевич Лаппо, обобщив и проанализировав результаты измерения физико-химических свойств вод в различных океанах, впервые обнаружил удивительные различия между ними и предложил для объяснения этих различий, механизм так называемой глобальной межокеанской циркуляции. Этот феномен, подтвержденный затем и экспериментально, и математическими моделями связывает в единый конвейер климатическую динамику Атлантического, Тихого и Индийского океанов.

Уровень северной части Тихого океана почти на метр выше уровня Северной Атлантики. В этот феномен вовлечены многие процессы, из которых не последнюю роль играют горизонтальные размеры океанов. Влага, испаряющаяся над Тихим океаном и переносимая циклонами, в значительной степени выпадает в виде осадков здесь же, над океаном. А влага, испаряемая над Атлантикой, в большей степени переноситься на материк. Так формируются различные соотношения осадков и испарения над этими двумя океанами, что, наряду со многими другими факторами, и приводит к формированию поверхностного потока из Тихого океана в Атлантику.

Хотя говорить о том, что глобальная межокеанская циркуляция представляет из себя именно непрерывное течение нельзя. Этот конвеер состоит из цепочки очень многих разномасштабных процессов и наблюдать его в том виде, в котором он обычно изображается на упрощенных схемах невозможно. как метко заметил однажды выдающийся американских океанолог Карл Вунш, такое представление межокеанского конвейера сродни схематическому изображению коммуникационной сети с центральным узлом где-нибудь в Париже, который на карте соединяется прямыми линиями-лучами с другими городами мира. На самом деле коммуникации осуществляются через огромное количество промежуточных узлов.

Изменения в интенсивности этого межокеанского конвейера и приводят к изменениям климата Мирового океана, причем ключевые процессы происходят именно в северной Атлантике и на ее границе с Арктикой, где осуществляется перенос Атлантических вод в Арктический бассейн. Если океан отдает атмосфере больше тепла, то вода на поверхности охлаждается, становится тяжелее и, как бы, тонет. Этот процесс называется конвекцией, и это усиливает межокеанский конвейер. Однако, морская вода – сложная многокомпонентная система. Стать тяжелее морская вода может не только в силу охлаждения, но и по причине осолонения. И наоборот, распреснение поверхностной воды делает ее более легкой, она не может «утонуть» и блокирует конвекцию, приводя к ослаблению межокеанского конвейера. Это, в частности может происходить при интенсивном таянии ледников (в том числе ледников Гренландии) и попадании пресной воды в океан.

Как же наблюдать изменения интенсивности океанского конвейера?

Хотя я и сказал, что наблюдать весь конвейер практически невозможно, некоторые его ключевые звенья, в первую очередь водо- и теплообмен между Аталнтикой и Арктикой можно и нужно инструментально наблюдать, чтобы достоверно прогнозировать влияние океана на климат и в том числе на процессы в Арктике.

Обобщение результатов 13-летнего мониторинга (начиная с 1997 года) разреза 60ºс.ш. Института океанологии РАН и предыдущих работ показывает, что увеличение расхода Западно-Гренландского течения в период с середины 1990-х до середины 2000-х гг. сопровождалось уменьшением глубины конвекции в море Лабрадор. Тесная связь между расходом этого течения и толщиной слоя конвективных вод в море Лабрадор наблюдалась в течение всего периода глубоководных наблюдений. Этот результат указывает на то, что интенсивность конвективного обновления промежуточных вод на севере Атлантики – один из главных факторов, влияющих на расход течения. Конкретные механизмы влияния конвекции на межширотный перенос глубинных вод арктического происхождения требуют детального изучения. Однако, это изучение невозможно без долговременной системы измерений течений на разрезе вдоль 60 градуса северной широты в Атлантике, через который и происходит водообмен Арктики с Атлантикой.

Такая система мониторинга, состоящая из глубоководного океанского и поверхностного гидрометеорологического модулей и включающая стационарные притопленные буйковые станции с непрерывной регистрацией температуры, солености и скорости течений на глубинах в океане будет предоставлять непрерывную информацию о состоянии водной толщи в субарктическом регионе Атлантики и позволит понять механизмы формирования потоков между Арктикой и Атлантикой, смоделировать и спрогнозировать их. Сегодня — это важнейшая задача современной океанологии, если хотите, проект века и по значимости, и по требуемым ресурсам. И тот, кто рискнет вложиться в этот проект, обречен на успех.