E-Book Content
S
U
M
M
A
R
Y
ÇÅÌËß ÊÀÊ ÑÀÌÎÎÐÃÀÍÈÇÓÞÙÀßÑß ÊËÈÌÀÒÎ-ÝÊÎËÎÃÈ×ÅÑÊÀß ÑÈÑÒÅÌÀ Ю.А.КРАВЦОВ
© Кравцов Ю.А., 1995
Почему сложно делать долгосрочные прогнозы погоды и предсказывать изменения климата Земли? Потому что Земля представляет собой весьма сложную самоорганизующуюся систему природных сред (океан, атмосфера, суша, льды, биосфера), между которыми действует огромное количество обратных связей. Многие явления самоорганизации природных сред уже изучены, но процессы взаимодействия природных сред таят в себе еще много неопределенностей, которые и обсуждаются в статье. Why is it so difficult to do a lengthy forecast of the weather and to predict possible climate-ecological changes of the Earth? What processes demonstrate various uncertainties in the natural system of the Earth? These and several other problems are considered in this article.
Московский педагогический государственный университет 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ И САМООРГАНИЗАЦИЯ ПРИРОДНЫХ СРЕД
Едва освоив околоземное пространство и увидев из космоса грандиозную картину перемещений воздушных и водных масс, человечество тут же вообразило, что теперь в его руках есть все необходимое для долговременного прогнозирования погоды и предсказания климато-экологических изменений. Последующее развитие исследований Земли из космоса действительно подтвердило высокую эффективность метеонаблюдений со спутников для краткосрочных прогнозов погоды (до 3–7 дней). Однако надежды на быстрый прогресс в отношении долговременных прогнозов погоды (до 10–20 дней) и тем более в отношении прогноза климата в значительной мере оказались преждевременными. Теперь мы понимаем, что Земля – это чрезвычайно сложная самоорганизующаяся система. Эволюция этой системы определяется, с одной стороны, взаимодействием составляющих ее природных сред, к которым традиционно относят атмосферу, гидросферу, криосферу, биосферу и литосферу, а с другой стороны – непрерывным воздействием на нее человека. Сложность климато-экологической системы заставляет искать нестандартные подходы к выявлению эволюционных трендов. Основополагающая тенденция современных исследований заключается в развитии целостного похода к проблеме, когда различные природные явления выступают как составные части единого климато-экологического процесса, в котором, как часто говорят, все влияет на все, поэтому отдельные явления бывает трудно, а иногда даже невозможно понять вне целостного подхода. Такой подход лишь недавно стал доминировать в анализе природных систем. В качестве примеров укажем книгу [1] и концептуально важную книгу [2]. Разумеется, милый сердцу физиков альтернативный подход, основанный на поиске упрощенных частных моделей, еще не исчерпал в геофизике свой потенциал, но в сложных системах, подобных климату Земли, подход “от частного к общему” не может рассчитывать на безусловный успех, как это неоднократно бывало в прошлом. Своеобразие нынешнего состояния в климатологии состоит в том, что простые модели уже не в состоянии описать наблюдаемые сложные явления, в то время как сложные модели часто приводят к неустойчивым численным схемам и поэтому еще не могут вскрыть глубинные процессы, определяющие эволюцию климата. Недостаточная эффективность численного анализа обычно связана не только с ограниченной мощностью компьютеров и неустойчивостью численных схем, но и с нехваткой экспериментальных данных, относящихся к глобальным процессам. В этой статье автор не ставит перед собой задачу дать ретроспективный критический обзор развития представлений о процессах самоорганизации климата на Земле. Наша задача более скромная и более конкретная – проанализировать неопределенности в моделях климаСоросовский Образовательный Журнал, №1, 1995
тических процессов, которые мешают понять характер взаимосвязей в единой климатической системе. 2. ОСНОВНЫЕ ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В ЗЕМНОЙ КЛИМАТОЭКОЛОГИЧЕСК