Погода и климат

Уже первые исследователи установили, что климат Южнополярной области более суров, чем Северной. На одних и тех же широтах наблюдаются совершенно различные физико-географические условия. Участник Первой русской антарктической экспедиции Беллинсгаузена - Лазарева географ и астроном, профессор Казанского университета И. М. Симонов после возвращения из экспедиции в своем исследовании "0 разности температуры в Южном и Северном полушариях" отметил, что в южном полушарии климат более суров. Остров Южная Георгия находится вблизи 55° ю. ш., и там нет деревьев, есть лишь мох и трава. Город Казань имеет широту тоже около 55°, но только северную. Здесь, "на нашем полушарии, в Казани... - писал И. М. Симонов,- в июле месяце все цветет, деревья приносят плоды, а поля обильную жатву..." Это поражает воображение, притом не только первых путешественников, но и людей, возвращающихся из Антарктики в наши дни.

В последний раз я возвращался из Антарктики ранней осенью 1973 года. Глядя на зелень лесов, покрывающих острова и берега Финского залива, я невольно подумал, что на той же широте 60° в южном полушарии на островах даже в разгар антарктического лета белеют снега и ледники, на склонах лишь в расщелинах и впадинах растут мхи и лишайники.

Французский исследователь Обер де ла Рю о природе острова Кергелен, расположенного на 49° ю. ш., писал: "По сравнению с бесплодием острова Кергелен северная тундра может показаться цветущей и радующей взгляд". Широта Кергелена соответствует широте Львова, Полтавы, Харькова в северном полушарии. Правда, зимой на Кергелене не бывает таких сильных морозов, как в умеренной зоне северного полушария. Обусловлена такая разница "океаничностью" южного полушария - широким кольцом океана и системой океанских течений. В северном полушарии, особенно в Атлантическом океане, теплые течения, идущие от тропических широт, обогревают атмосферу, а атмосфера в свою очередь несет тепло в умеренные широты континентов. В южном полушарии холодные воды, омывающие Антарктиду, распространяются на север в умеренные широты вместе с морскими льдами и айсбергами. В Южный океан не приходят теплые течения. Наоборот - отсюда распространяются холодные течения вдоль западного берега Африки в Атлантическом океане и вдоль западного берега Южной Америки в Тихом океане.

Первых путешественников, оказавшихся на берегах Антарктиды, поражала огромная сила ветра устойчивого южного и юго-восточного направления, дующего с континента. Особенно сильны эти ветры зимой. С апреля по октябрь они дуют почти непрерывно круглые сутки, с ноября по март - в ночные часы, когда солнце заходит за горизонт или находится низко над горизонтом.

Было обнаружено также, что эти ветры дуют лишь вблизи берега и быстро затухают в направлении моря. Когда были созданы внутриконтинентальные станции и начались внутриконтинентальные походы, то было установлено, что такие ветры дуют на склонах ледникового щита и скорости их зависят от крутизны склона. Эти ветры образуются в результате охлаждения воздуха у поверхности ледника. При охлаждении плотность воздуха повышается, и он стекает вниз по склону под действием силы тяжести. Поэтому эти ветры и называются стоковыми. Мощность слоя стока воздуха обычно 200-300 метров. Наблюдаются стоковые ветры обычно при ясной погоде или при небольшой облачности. Горизонтальная видимость при стоковых ветрах порою равна нулю, так как ветер несет огромное количество снежной пыли. В зените сквозь снежную пелену видно голубое небо, и солнце просвечивает тусклым оранжевым пятном. На склоне, где дуют сильные стоковые ветры, на снежной поверхности образуются высокие заструги весьма причудливых форм с перепадами высоты между буграми и впадинами до одного метра. Снег в застругах весьма сильно уплотнен давлением ветра и отполирован движущимися жесткими кристалликами снега. При движении поезда по таким застругам кажется, что ты находишься на небольшом судне, плывущем по взволнованному морю.

Даже в самом центре материка, где наклоны поверхности невелики, все же существуют слабые стоковые ветры. Так, например, на станции Восток преобладающее направление ветра имеет западную составляющую, на станции Советская, расположенной по другую сторону очень пологого купола,- восточную составляющую, а на станции Комсомольская, находившейся к северу от этого купола,- юго-восточную составляющую. Стоковые ветры особенно резко проявляются в холодный период года. Летом в дневные часы в результате прогрева нижнего слоя атмосферы солнцем стоковые ветры у побережья прекращаются. Здесь в дневные солнечные часы стоит штиль или наблюдаются ветры других направлений, а на склоне, в расстоянии 20-30 километров от берега, дует сильный устойчивый ветер. Ночью при охлаждении воздуха стоковый ветер снова распространяется до берега.

Долог и труден путь на станцию Восток. (Фото Б. А. Шельпякова.)

А как далеко распространяется стоковый ветер от берега в сторону моря?

В середине зимы 1956 года в районе Мирного метеорологи Первой ОАЭ организовали одновременные наблюдения на берегу и в 13 километрах от берега на морском припае. На станции, расположенной на морском припае, стоковые ветры практически не чувствовались. Летом, когда на рейды станций приходят суда и становятся в 10-15 километрах от берега, ночью и утром в месте стоянки судов стоит хорошая погода, а на станциях бушует порывистый стоковый ветер. Вертолеты и самолеты летать не могут до позднего утра, пока солнце не прогреет нижний слой воздуха на берегу и пурга не прекратится.

Над Южным океаном образуются глубокие атмосферные вихри - циклоны, которые в основном движутся вокруг Антарктиды, но многие из них имеют южную составляющую; они подходят к берегам Антарктиды и иногда проникают на континент. В этом случае циклонический ветер, складываясь со стоковым, достигает силы урагана. Повторяемость ураганов и штормов у берегов Восточной Антарктиды очень велика. В Мирном, например, за год бывает около 250 штормовых дней, когда скорость ветра превышает 15 метров в секунду, а на австралийской станции Моусон - более 300 дней. Скорости ветра при ураганах достигают в этих местах огромной величины - 45 метров в секунду, а при отдельных порывах - 90 метров в секунду.

Для иллюстрации приведу выписку из своего дневника, который я вел в период пребывания в Антарктиде в 1957 году.

"На фоне штормовых и даже ураганных ветров, проносившихся над Мирным, особенно сильный ураган разразился в ночь с 14 на 15 августа. Днем, как обычно зимой, сильно мело, но можно было ходить по поселку. К вечеру ветер стал шквалистым - то затихнет на несколько минут, то задует, сбивая с ног. Почти на уровне земли несутся клубы облаков, из которых идет мелкий снег. Солнце село. Я обратил внимание, что уличные фонари стали зеленого цвета, а не желтоватого, как обычно. Незанесенные прямоугольники окон в домах на скалах светились также зеленым светом. Вероятно, такое странное освещение было результатом сочетания цветов вечерней зари и низких клубящихся облаков, каждое мгновение меняющих свою плотность.

Ветер на несколько минут изменил направление с обычного юго-восточного на необычное северо-восточное. Стрелка барографа на глазах резко пошла вниз. Значит, к Мирному приблизился с севера глубокий циклон.

Через несколько минут задул огромной силы юго-восточный ветер, это чувствовалось по тому, как задрожал наш полузанесенный снегом дом. Стены дома бомбардировались снежными комьями, на крыше дома порывом ветра сломало металлическую мачту с флюгаркой. По поселковой радиотрансляции объявили, чтобы никто не выходил из помещений.

Ураган гремел, сметая все, что было не закреплено. Через каждые 15 минут по радио объявлялась скорость ветра: порывы до 40, затем до 45, а к полуночи свыше 50 метров в секунду. В эту ночь сорвало с ледовых якорей колесный двухмоторный самолет, его протащило с аэродрома к барьеру на расстояние более километра. Порывом ветра снесло аэрологическую башню. Только к вечеру на другой день ветер ослабел. Циклон ушел вдоль берега к востоку".

Другой особенностью Антарктиды является резкая разница в температурах воздуха. На побережье летом температура бывает около нуля, а вот на ледниковом плато даже летом наблюдаются устойчивые морозы в 30-40°. Зимой температуры воздуха у берега также сравнительно умеренные - минус 20-30°, а в глубине континента стоят самые жестокие на Земле морозы - до 70-80°. Абсолютный минимум на станции Восток был отмечен в августе 1960 года: минус 88,3°. Это самое холодное место на Земле. Шесть месяцев в году на станций Восток температура воздуха держится ниже минус 70°.

Такие низкие температуры воздуха в глубине Антарктиды определяются высотой ледникового щита над уровнем моря, высокой отражательной способностью снежной поверхности, в результате чего солнечное тепло почти полностью уходит в мировое пространство, расположением Антарктиды почти целиком за Полярным кругом, вследствие чего ледяной материк получает солнечную энергию только в течение нескольких летних месяцев.

Из чего же складывается температурный режим атмосферы Антарктиды и чем он обусловлен?

Источником тепла на Земле является Солнце. Тепловая энергия, несомая солнечными лучами, сосредоточена в основном в коротковолновой части спектра. Атмосфера почти прозрачна для коротковолновых лучей, большую часть из них она пропускает до земной поверхности, и сам воздух прямыми солнечными лучами нагревается очень слабо. Земная поверхность частично отражает солнечные лучи обратно в мировое пространство и частично поглощает, превращая коротковолновые лучи в длинноволновые невидимые тепловые лучи. Это тепло, излучаемое от поверхности, и улавливается атмосферой, но не молекулами воздуха, а находящимися в воздухе водяным паром и углекислым газом. Следовательно, чем выше от поверхности Земли воздух, тем меньше он нагревается. Вследствие большой прозрачности и сухости воздуха, большой высоты над уровнем моря на поверхность Антарктиды летом падает очень большое количество солнечной радиации. Кроме того, при годичном обращении вокруг Солнца Земля находится в перигелии, то есть на самом близком расстоянии от Солнца, 22 декабря, когда в Антарктике середина лета. Вследствие этих двух причин в летние месяцы солнечная радиация здесь выше, чем в любом другом месте земного шара. Однако 80-90% этой солнечной энергии отражается снежной поверхностью обратно и уходит в мировое пространство. Количество солнечного света, отражаемого той или иной поверхностью, выраженное в процентах, называется альбедо (от латинского слово "альбус", что значит "белый"). Темные поверхности поглощают большое количество прямой солнечной радиации, абсолютно черная поверхность, например покрытая сажей, поглощает падающую солнечную радиацию полностью и альбедо такой поверхности составляет 0%. Чем белее поверхность, тем больше ее отражательная способность и, значит, тем больше альбедо. Альбедо снежной поверхности Антарктиды, как уже сказано, составляет 80-90%.

Снег, поглощая всего лишь 10-20% солнечной энергии, нагревается сам и излучает это тепло в виде длинноволновых лучей в атмосферу, но так как в атмосфере над Антарктидой почти отсутствуют молекулы воды, то и это тепло излучается в мировое пространство.

Зимой, когда солнца нет или оно находится низко над горизонтом, поверхность снега не нагревается, а, наоборот, охлаждается, излучая длинноволновые лучи в мировое пространство, так как тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля (-273°), являются источниками излучения.

Приход и расход тепла у земной поверхности образуют тепловой баланс. Этот тепловой баланс поверхности Антарктиды отрицательный. Антарктический ледниковый щит, покрытый снегом, постоянно теряет из-за длинноволнового излучения больше энергии, чем получает. Но если бы дело было только в этих составляющих теплового баланса, то поверхность Антарктиды из года в год охлаждалась бы, температура ее поверхности и атмосферы над ней становилась бы все ниже и ниже. Однако многолетние наблюдения на антарктических станциях показывают, что такого явления не наблюдается - температура воздуха над Антарктидой имеет сравнительно небольшие межгодовые колебания то в одну, то в другую сторону. Значит, потери тепла излучением компенсируются. Исследованиями установлено, что это тепло приносится с воздушными массами с океана. На это указывает то обстоятельство, что атмосфера на некоторой высоте над Антарктидой теплее, чем у поверхности, и, таким образом, от верхних слоев происходит перенос тепла к поверхности. В более влажном принесенном воздухе происходит конденсация влаги, она превращается в кристаллики снега, и при этом процессе также происходит выделение тепла.

Таким образом, Антарктиду согревает теплый воздух, приносимый с океана. Чем ближе к океану, тем больше тепла приносится циклонами, образующимися над Южным океаном.

В центральной части Антарктиды, на ледниковом плато, происходит процесс вымораживания влаги при опусканий воздуха, и осадки здесь выпадают в виде ледяных игл и изморози при ясном небе. Поэтому воздух, стекающий с континента, очень сухой. На побережье и на склоны ледникового щита осадки приносятся океанскими циклонами и выпадают в виде снега. Толщина слоя снега, выпадающего за год в центральной части Антарктиды, составляет всего 10-20 сантиметров, на ледниковом же склоне и вблизи побережья - 150-200 сантиметров.

Над большей частью Антарктиды дождей не бывает, лишь редко, один раз в несколько лет, они наблюдаются на прибрежных станциях. Над Южным океаном воздух очень влажный, небо преимущественно закрыто облаками, и здесь осадки выпадают в основном в виде дождя и мокрого снега.

Таяние снега летом происходит лишь в узкой береговой зоне. При интенсивной солнечной радиации снег становится рыхлым, с берега в океан бегут ручьи, но уже в 10-12 километрах от берега таяние снега незаметно. Лишь на поверхности снега летом образуется тонкая радиационная корочка льда. Но на склонах обращенных к солнцу темных скал, имеющих сравнительно небольшое альбедо, снег интенсивно тает даже в районах, удаленных от берега. Здесь появляются настоящие горные потоки, которые стекают во впадины и образуют озера. Особенно бурное таяние снега и льда происходит вблизи оазисов.

Это лишь общее описание климата и погоды. Отдельные районы изучены более подробно, и теперь мы уже можем говорить о многолетнем режиме Антарктики в целом или отдельных ее районов.

Важной задачей в дальнейшем изучении Антарктики является теперь выяснение взаимодействия океана - атмосферы - континента в количественных величинах, так как перед учеными стоит проблема разработки прогнозов погоды и многолетних изменений климата.