«Изменить движение вихря невозможно даже сотней ядерных взрывов»

О том, что такое экстремальные погодные явления, станет ли их больше в ближайшее время и почему русские философы были озадачены вопросами метеорологии мы узнали у одного из ведущих российских специалистов в области моделирования климатических изменений и экстремальных погодных явлений, директора Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, академика Владимира Семенова.

— Буквально недавно, в ноябре, в Баку прошла Конференция ООН по климату, на которой много внимания было уделено экстремальным погодным явлениям. Можно ли говорить о том, что эта проблема сверхактуальна и мы уже живем в новой реальности? Чему были посвящены самые интересные доклады?

— Сегодня во всем мире говорят не просто об экстремальных погодных явлениях, а об адаптации к ним, о том, как мы будем жить в новых погодных условиях и как подготовиться к ним так, чтобы потери оказались минимальными. Обсуждалось много конкретных проектов, связанных, в числе прочего, с сельским хозяйством, с работой карбоновых полигонов и так далее. Так что в целом разговор об экстремальных погодных явлениях был направлен в практическую плоскость.  

— Можно ли с уверенностью сказать, что число случаев экстремальной погоды растет? Или мы просто стали чаще про них говорить, потому что катастрофы всегда интересно обсуждать по телевизору?

— Такой интерес понятен, ведь самые большие потрясения, связанные с изменением климата, относятся именно к экстремальным явлениям. Но пока еще большой вопрос, становится таких явлений больше или нет. Статистически, используя только анализ  наблюдений, мы это понять можем в редких случаях, потому что период нынешнего более теплого климата сравнительно небольшой. Чтобы посмотреть статистику, нам нужно пожить а аномально теплом климате хотя бы 50 лет, а лучше — 100. Экстремальные явления по определению случаются редко, раз в 10–20 лет. Часто используют так называемый возвратный период — return value — один раз в 20 лет. Ну а по-настоящему экстремальные гидрометеорологические явления встречаются раз в 50 лет и реже. Такие явления статистически описываются функцией распределения вероятностей extreme value distribution — распределение экстремальных значений, которую в 40-х годах параллельно с европейскими учеными вывел наш русский математик Борис Гнеденко. Для корректной работы нам нужно построить распределение хотя бы по десяти точкам, а для этого нужны длительные измерения. Так что пока мы можем говорить о том, что выросла частота, но статистики по-прежнему маловато. Поэтому для анализа тенденций изменений экстремальности анализ данных нужно дополнять анализом данных численных моделей климата и построением теоретических моделей.

— Недавно глава Росгидромецентра заявил, что, скорее всего, 2024 год станет самым жарким за всю историю метеорологических наблюдений. Но и сами мы видим, что волны жары, да и ливней с ветром объективно учащаются…

— Какие-то данные действительно есть. Например, ливневых осадков действительно становится больше по всей стране, и это происходит начиная с 60-х годов. В отличие от обложных осадков, которые выпадают в виде небольшого дождика, здесь из кучевых конвективных облаков за несколько часов выливаются десятки миллиметров осадков в сутки. Это несложно объяснить: при глобальном потеплении ливневых осадков становится больше, потому что атмосфера становится более влагоемкой, атмосфера может впитывать больше влаги без конденсации. 

Но в некоторых случаях мы не можем обнаружить интенсификации осадков в последние десятилетия. То есть к нам приходят новости с юга, что то Сочи, то Анапу затопило, а мы смотрим данные и видим, что никакой заметной тенденции к росту экстремальности осадков в Черноморском регионе нет. Тогда возникает вопрос: откуда же потопы, которыми каждый раз нас пугают в новостях? Есть подозрение, что проблема не в климате, а в инфраструктуре. Число людей растет, жилых зданий, количество инфраструктуры растет, и при той же интенсивности осадков их выпадение приводит к опасным последствиям. То есть либо построили необдуманно, не рассчитав ливневки, либо инфраструктура уже во многом устарела.

— Тем не менее иногда появляется информация от самих климатологов, что количество ураганов в США за последние 50 лет увеличилось чуть ли не втрое. 

— В Америке действительно ущерб от ураганов рос по экспоненте с начала ХХ века. А когда пересчитали на количество населения и стоимость инфраструктуры, оказалось, что и здесь никакого тренда нет. Так что нам нужно аккуратнее анализировать данные. 

— В вашей работе по Крымску, которая касалась случившегося там разрушительного наводнения, вы одним из первых показали прямую связь между глобальным потеплением и трагедией, происшедшей в 2012 году. Но такая связь очевидна не всегда? 

— Да, статья по наводнению в Крымске у нас вышла в Nature. И мы показали, что если бы море было холоднее, например на уровне температуры 1980-х годов, то таких осадков бы не случилось. Мини-циклон, который пришел в Крымск, не принес бы столько тепла и влаги, воздушная масса ушла бы дальше без проливного дождя. Но столь определенно мы можем сказать далеко не всегда, все сложно.

— А что касается экстремальной жары? Она всегда следствие изменения климата? 

— В каких-то областях мы определенно можем сказать, что  да, то, что мы наблюдаем, — рост экстремальности. Это волны жары. Их определенно становится больше, по данным наблюдений, и модели показывают, что их становится больше при глобальном потеплении. Это можно объяснить тем, что, во-первых, средняя температура объективно растет, а когда мы сдвигаем колокол распределения в область более высоких температур, то и количество преодолений порогов высоких температур быстро, нелинейно растет. Во-вторых, атмосферная циркуляция при потеплении меняется таким образом, что у нас формируется больше блокирующих антициклонов. Это тоже видно в результатах глобальных моделей общей циркуляции атмосферы. В этом году нам, например, повезло, что блокирующий антициклон стоял в августе и сентябре, а не в июле и августе, как в 2010 году, когда высокая температура держалась на протяжении нескольких полутора месяцев. Ведь волны жары опасны не только своей аномально высокой температурой, но и природными пожарами и загрязнением воздуха, потому что антициклон — это медленное нисходящее движение воздуха, которое способствует накоплению загрязняющих веществ в атмосфере. Поэтому волны жары всегда приносят целый букет проблем. И их будет становиться больше. С осадками все выглядит не столь однозначно, но, видимо, здесь мы будем наблюдать рост опасных конвективных явлений опять же потому, что атмосфера более влагоемкая, и поскольку перепад температур падает, общая циркуляция замедляется и становится более меридиональной.

— Что это означает для нас? 

— Раньше зональный ветер дул с запада на восток, а сейчас он начинает сильнее изгибаться, происходит больше забросов холодного воздуха с севера, либо жаркого воздуха с юга. Когда холодный воздух оказывается в наших широтах, где жарко и влажно, мы тут же получаем ливни, смерчи и шквалы. Пришел с юга — жара. 

— Одна из ваших самых известных публикаций связана с исследованием аномально холодных зим, которые внезапно обрушились на Европу в начале XXI века. Можно ли было предсказать это явление? В чем оказалась его причина?

— Череда аномально холодных зим была неожиданной для всех, в том числе для климатологов. В Англии, например, в 2005 году все замерзло настолько, что ничего подобного там не наблюдалось с 1950-х годов. Тогда я работал в Германии, и исследование мы провели вместе с Владимиром Петуховым, бывшим сотрудником Института физики атмосферы. Он сделал модель промежуточной сложности, которую затем, кстати, многие использовали для расчетов палеоклимата. Если раньше было возможно «посмотреть» и промоделировать климат только на сотни лет назад, то с помощью модели Петухова — на десятки тысяч лет. В итоге появилось много блестящих экспериментов с самыми разными эффектами: от озеленения Сахары до динамики ледников, публикации о которых выходили в том числе и в Nature. Мы тоже работали с этой моделью и вместе с Владимиром Кирилловичем доказали, что экстремальные температуры в Европе могут быть связаны с таянием льдов в Арктике. Это кажется парадоксальным, но это так: Арктика в последние десятилетия сильно греется, потому что тает лед, там сейчас зимой температура в некоторых регионах на 10–15 градусов выше, чем ранее, а в Евразии, наоборот, зимой участились морозы. Это эффект, связанный с откликом атмосферы на резкий нагрев, причем отклик этот нелинейный. Фактически, мы были первыми, кто это объяснил формирование таких холодных зим в Евразии при общем потеплении, поэтому у нашей статьи на эту тему было очень много цитирований, более пятисот. 

— В 70-е годы на слуху была тема управления погодой, но с тех пор интерес к ней, кажется, утих. Можно ли что-то сделать с приближающейся экстремальной погодой реально сегодня или в будущем? Кроме разгона туч? 

— Скорее всего ничего подобного сделать не получится, потому что эти явления очень энергетичные. Погоду определяют циклоны и антициклоны, крупные атмосферные вихри с радиусом порядка 1000 километров. Изменить направление их движения, интенсивность и скорость вращения невозможно даже сотней ядерных взрывов. Другое дело, что осадками можно управлять локально. Можно, например, искусственно вызвать конденсацию влаги и вылить ее в определенном месте. Это будет дорого, но возможно. 

Эта тема была актуальна еще в XIX веке. Был такой философ Николай Федоров, который хотел воскрешать все ушедшие поколения, на что Константин Циолковский в полемике с ним вопрошал: куда же мы будем селить такое огромное количество воскресшего народа? Ответом были межпланетные полеты, заселение других планет. Сам Федоров много писал о разных проблемах и, в том числе, о климате. В частности, у него есть такие слова, что метеорический процесс, как он там назван, основополагающий для общества, потому что использование энергии Солнца и ветра позволит освободить от тягостного труда землекопов, которые извлекают уголь из недр, а их тяжкий труд и условия жизни, как писал Федоров, хорошая почва для социалистов, сеют смуту. Поэтому управление метеорическим процессом — важнейшее направление, где мы все должны объединиться. Спровоцировано это было тем, что в Америке в конце XIX века пытались стрельбой из пушек по облакам вызвать дождь. При этом стреляли не как сейчас, цементом или йодистым серебром, а просто бабахали в тучу. Но как-то совпало и пошел дождь, и тогда в полемику включилась церковь с призывом оставить небо в покое. А Федоров как раз возражал, аргументируя, что изменение воздушных потоков не отличается от строительства водных каналов, и призывал активно заниматься этой проблемой. Так что проблема управления погодой еще 150 лет назад привлекала большое внимание. 

— Но так и не была решена.

— Если смотреть глобально, то, конечно, мы не можем и не сможем управлять погодой, но какое-то существенное насилие над природой сделать можно. Например, поиграть с океаном. Представьте, что если мы сделаем стокилометровую дамбу и перекроем Берингов пролив. Это вызвало бы значительные региональные изменения климата, потому что изменилась бы циркуляция океана, приток воды в Арктику. Или, наоборот, прорыть широкий канал между Северной и Южной Америкой.

— Сразу вспоминается проект по переброске Сибирских рек, о котором говорили тоже, кстати, начиная с XIX века. Но хорошо, что не осуществили.

— Да, хорошо, что не перебросили. Мелеющее в те годы Каспийское море, что инициировало проект переброски рек, позже начало снова наполняться водой. При потеплении, существующие модели показывают нам, что на юге осадков становится меньше, а вот на севере — северо-востоке осадков больше. Так что сток северных рек в будущем проецируется к росту. В Азии воды будет все меньше, а у нас будет больше и больше. А чистая пресная вода, влага — это наш очень ценный ресурс, который со временем будет дорожать. 

— Возвращаясь к теме климата, давайте вспомним, с чего вообще эта тема начала разрабатываться в СССР? Когда на нее обратил внимание институт и сам Георгий Сергеевич Обухов?

— Вообще это была лишь одна из областей исследований Георгия Сергеевича, поскольку в 70-х и 80-х годах остро стояла проблема изменений уровня Каспийского моря. Другой интересной и важной темой стало исследование «ядерной зимы», в котором принимал активное участие наш институт. Тогда был сформирован пул ученых, которые занимались этой проблемой, в составе делегаций ездили за рубеж и стали известны во всем мире, включая Георгия Сергеевича Голицына и Александра Самуиловича Гинзбурга.

— Гинзбург тогда в основном занимался атмосферой Венеры, его поэтому привлекли?

— Да, Георгий Сергеевич стал известен, в том числе, благодаря книге «Динамика планетных атмосфер». Там он представил разработанную теорию подобия, которая, используя определенный набор измеряемых параметров атмосферы, позволяет оценить другие характеристики, которые померить невозможно или значительно труднее. Это было важно для работы космических аппаратов. В частности, Голицын очень точно теоретически предсказал некоторые характеристики атмосферы Венеры, которые тогда подтвердились после полетов к Венере автоматических станций.

Возвращаясь к климату, повторюсь, что тогда много известных ученых во многих странах начали заниматься темой «ядерной зимы», тема климата стала частью научно-политической деятельности, и эти исследования в какой-то мере помогли разрядить международную напряженность.

— Каким образом?

— Получилось так, что одновременно и наши, и американские ученые указали на то, что последствия от ядерной войны окажутся катастрофическими для всей планеты, выигравших не будет независимо от формального победителя. Тогда рассчитали, что если в воздух поднимется столь огромное количество пыли, это приведет к сильному похолоданию. Причем доказывалось, что подобные процессы происходят на Марсе, где из-за пыльных бурь возникают зимы с сильными низкими температурами. Сложно сказать, вымерло бы поголовно все население или нет, но, как мне кажется, тогда было важно поднять эту тему. Потому что на международном уровне действительно «искрило», люди паниковали и готовились к ядерной войне по обе стороны океана. И у нас, и у них постоянно крутили фильмы, продавались брошюры о том, как правильно залепить ватой окно, сохранять воду, готовить убежища. В этом отношении ученые вовремя сказали свое слово, добавив к научной политическую составляющую. Можно сказать, что сегодня этот аспект повторяется и всем понятно, что проблема с изменением климата столь серьезна, что ее можно решить только совместными усилиями.

— Насколько значимым тогда был голос Института физики атмосферы? 

— Во времена Обухова это вообще был очень престижный востребованный государством институт. Темы были самые горячие: распространение звука в атмосфере, полеты космических аппаратов в верхней атмосфере, сигналы от ядерных взрывов, распространение радиоволн в атмосфере 3 на эти исследования денег не жалели. Было много экспедиций, инструментальных наблюдений. Сюда действительно отбирали лучших, и считалось очень престижным работать в институте. Тогда здесь работал Андрей Сергеевич Монин, будущий директор Института океанологии, один из выдающихся ученых нашей золотой плеяды.

— Можно сказать, что вы фактически родной ребенок института, так как родились в Звенигороде, где работал испытательный полигон.  

— Ну можно и так сказать. В 1956 году в Звенигороде появился измерительный полигон, где в 70-е годы было решено сделать базу института. Для этого отвели несколько гектаров земли, построили два пятиэтажных дома и начали набирать перспективных молодых ученых со всей страны. Мой отец Анатолий Иванович Семенов попал туда после окончания Казанского университета. В итоге у меня в школе был целый класс детей научных сотрудников, мы вместе росли вплоть до начала 90-х годов, когда народ уже стал разбегаться в разные стороны, в разные институты, а порой и в разные страны. Причем большинство наших отцов стали докторами наук. Мой отец работал в лаборатории физики верхней атмосферы, где был получен самый продолжительный в мире ряд наблюдений температуры мезопаузы. Они фотографировали свечение на высоте 90 километров и обрабатывали это спектрометрическим методом. Руководил лабораторий легендарный Валериан Иванович Красовский, лауреат Сталинской премии, классический ученый, увлеченный наукой. Он без высшего образования сделал ряд открытий и изобрел прибор ночного видения, который устанавливали на танки. Он знал французский и немецкий языки и был в пуле ученых, которым разрешалось ездить за границу.

— Да, интересно, что при всех заявленных темах институт не был закрытым.

— Напротив, институт был весьма открытым, собирая на своих семинарах ведущих специалистов из других институтов. Хотя в то же время институт участвовал и в работах по военной тематике. Вообще атмосфера была очень хорошая, дружная. Совместные субботники, туристические походы, школы молодых ученых. В 70-е годы здесь в конференц-зале выступал Высоцкий, и у отца была запись этого выступления на катушке.

— Вы учились на Физтехе в 90-е, когда романтика прошла и приближалось ощущение катастрофы. Вы ее чувствовали в то время? 

— Она действительно приближалось, потому что начался дефицит, продукты по карточкам. Единственное, что спасало, как у Ильфа и Петрова в «12 стульях», образно: «Общежитие им. монаха Бертольда Шварца», то есть такой замкнутый аскетичный мир. Талоны на питание, столовая нормальная, общага, читальный зал. Учеба с 9 до 19. Можно было сосредоточиться на учебе. 

— Когда вы пришли в институт, какие научные направления считались основными? Как вы вообще выбирали, чем заниматься в сложившихся условиях?

— По совету отца я пришел к Игорю Ивановичу Мохову. И первая же моя задача была связана с климатом: анализ функции распределения суточных температур. Я стал анализировать данные, и получилось, что распределения оказывались би-модальными, то есть у них было два максимума. Чтобы ответить на вопрос, почему так происходит и нарисовать функцию распределения из генерируемого случайными воздействиями процесса, начал заниматься теорией, энерго-балансовыми моделями, уравнением Фоккера — Планка и так далее. После окончания поступил в аспирантуру в лабораторию теории климата. Тогда моделирование было еще не так развито, поэтому мы в основном теоретизировали, анализировали данные. Я набил руку в этих распределениях и тогда по-новому стал рассматривать проблему изменения уровня Каспия, которая остается актуальной по сей день. Мы стали сравнивать разные модели и доказали, что изменения уровня Каспия связаны с явлением Эль-Ниньо. Тогда об этом никто не задумывался.

— Как именно они связаны?

— Сначала мы нашли формальную связь. Анализировали приращения уровня, вариации стока Волги, коррелировали их с температурой поверхности океана по всему миру, и наиболее сильные корреляции оказались в регионе Эль-Ниньо, причем как по наблюдениям, так и в моделях. Почему? Вопрос сложный. Там есть влияния на атмосферную циркуляцию, и если нет Эль-Ниньо, то мало осадков. Например, в период 30-х годов, когда была засуха и неурожай, знаменитый «голодомор», Эль-Ниньо не было, была пауза. В Поволжье было сухо — и как раз в это время уровень резко упал. Эта связь проявлялась и дальше. Тема была очень популярна как раз в 80–90-е годы, так как все поняли, что это явление сильно влияет на многие процессы на Земле. Была развернута широкая научная деятельность, установлены океанографические буи в экваториальной части Тихого океана, большое количество датчиков, и в итоге поняли, что смещение регионов конвекции вызывает атмосферные волны, и они в средних широтах меняют погоду, воздействуют на зональный поток и т. д. 

— В Германии вы работали в Институте Планка, где, как говорят, была свобода научной мысли, чем-то сравнимая с нашими академическими семинарами.

— Да, Метеорологический институт Макса Планка — это в какой-то мере аналог нашей Академии наук, «академическая вольница», минимум бюрократии и нацеленность на фундаментальные исследования. В этом плане этот институт считался самым демократичным. Там мы написали хорошую статью по осадкам, а потом стали работать по Арктике. Это был один из первых европейских проектов, где тогда участвовало всего пять-шесть институтов и собрались многие лидеры исследований в этой области. Это Леннарт Бенгтссон, директор Института Макса Планка, Ола Йоханнессен, известный норвежский океанолог и директор Центра имени Нансена в Бергене, директор Института полярных исследований имени Скотта в Кембридже Питер Уотхамс, Сеймур Лаксен из Королевского колледжа Лондона, который разработал алгоритм и получил первые данные по толщине льда на основе спутниковой альтиметрии и так далее. В Метеорологическом институте я познакомился с  Моджибом Латифом — пакистанцем, родившимся в Германии, одним из самых высокоцитируемых климатологов в мире. Позже его пригласили возглавить в Институте морских исследований в Киле отдел метеорологии, и он пригласил меня с собой. Это было очень плодотворное время именно благодаря совместным проектам.

— Почему вы решили вернуться?

— Это многофакторный вопрос. С одной стороны, в Европе многие мои научные друзья разъехались по разным странам и университетам, ушло то общение, которое давало новые идеи и результаты. Я перешел на полставки там, и в основном время уже проводил здесь, в Москве. В конце 2000-х в России заметно увеличилось финансирование науки и стало понятно, что можно делать уже более сильные исследования, привлекать молодежь. Так в 2014 году я вернулся окончательно.

— Есть ли в вашей деятельности сегодня какая-то экспедиционная часть, связанная с изучением климата?

— Лично я пытаюсь торить новые дороги в теоретических исследованиях. Хотя сейчас много экспедиций, в которых измеряют потоки углерода, которые поглощают разные экосистемы. Молодежь это привлекает: палатки, вездеходы, вертолеты, все эти дела. Ездят по болотам, водохранилищам, в тундру. Сейчас здесь идет накопление знаний, которое потом перейдет в качественное понимание. Но хочется, конечно, скорее увидеть новый результат.

— В чем он будет выражаться?

— Утилитарная цель всего этого — усилить политические позиции нашей страны в рамках климатической политики. Потому что, если мы посчитаем, что поглощаем больше, чем считалось раньше, это даст нам дополнительные аргументы в определении допустимых выбросов и т. д. Это важно понять, сколько парниковых газов мы поглощаем и выбрасываем в атмосферу. Например, водохранилища заливают огромное количество растений, которые разлагаются без кислорода, выделяя метан. Но сколько выделяется, никто толком не знает. Мы в целом еще плохо понимаем, как функционирует этот природный цикл. С океаном в какой-то степени попроще, потому что там довольно однородные условия — соленая вода. А вот с сушей возможны разные варианты. И эту тему важно развивать как для фундаментальной науки, так и для практических целей.

— А что для этого нужно? Чего не хватает для развития?

— В первую очередь нужны специалисты, новые кадры. Прежнее поколение «живых классиков» уходит, остались один-два человека. Нужна сильная теоретическая подготовка. Сейчас сложно увидеть на профильных кафедрах людей, которые бы увлеклись динамической метеорологией или геофизической гидродинамикой. С интересом анализировали уравнения, находили возможности каких-то аналитических решений, исследовали с помощью теоретических методов природные явления. Такие есть, но их мало. Средний уровень очень сильно упал, сильно. И «спасает» то, что он в мире тоже не вырос. Престиж профессии упал и в Европе, и в Америке. Если раньше научный работник был твердый «средний класс», то сегодня к таковому себя может причислить только IT и бизнес. Все меряется деньгами. Это, конечно, очень странно, и нужна, видимо, особая просветительская деятельность, чтобы объяснять: все, что нас окружает, — смартфоны, новый транспорт, вся информационная сфера — это все от науки. Кажется, что в XIX веке это понимали, а сегодня уже не очень.

При поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571 и всемерной поддержке Физтех-Союза.