Гетерохронность периодов повышенного увлажнения гумидной и аридной зон

В.Н.Абросов

Гетерохронность изменений уровней воды Арала и Севана (Гохча), с одной стороны, и Каспия - с другой, уже отмечалась Л.С.Бергом. А.В.Шнитников установил синхронность колебаний уровней Арала, Балхаша, Алакуля и других бессточных озер полуаридной и аридной зоны. Таким образом, уровень Каспия, питающегося в основном за счет осадков в бассейне Волги в гумидной зоне, изменяется гетерохронно с уровнями озер аридной зоны. Однако из этого вывода существуют и исключения. Как мы увидим ниже, иногда уровни Балхаша и Каспия падают в общих чертах синхронно, что отвечает условиям относительной сухости в аридной зоне и в бассейнах Волги, Урала и рек Западной Сибири.

Есть ли в этих явлениях какая-либо закономерность? И если есть, то какова ее причина?

Анализ хода метеорологических элементов (осадков, давления, температуры и пр.) по современным данным указывает на существование прямой связи между ходом солнечной активности и частотой и интенсивностью смены воздушных масс над данной произвольно выбранной территорией. Известно, что основным механизмом циркуляции земной атмосферы являются взаимно антагонистичные западно-восточный перенос и меридиональная циркуляция. С усилением солнечной активности возрастает частота и интенсивность смены воздушных масс, а с ослаблением солнечной активности она падает. В соответствии с этим и основные переносы претерпевают усиление или ослабление.

Интенсивность солнечной активности хорошо известна по работам М.С.Эйгенсона, Б.М.Рубашева, П.П.Предтеченского, Л.А.Вительс, Б.С.Гуревич и др. Мы сейчас переживаем 19-й цикл солнечной активности за охваченный наблюдениями период в 200 лет. В первые годы XX столетия начался один из очередных 11-летних циклов солнечной деятельности (14-й). Он цикл закончился в 1912 году. В разгар его пятен и факелов на Солнце было мало. Следующий, 15-й цикл начался в 1913-м и окончился в 1922 году. Пятен и факелов было несколько больше, чем в первом цикле, 16-й цикл охватывает годы с 1923 по 1932-й. Пятен и факелов было несколько больше, чем в первом цикле, 17-й цикл начался в 1933-м и закончился в 1944 году. Количество пятен значительно превысило то, что наблюдалось в предыдущие циклы. В 18-м цикле, начавшемся в 1944 и закончившемся в 1954 г., Солнце поставило рекорд по количеству пятен за последние 100 лет. В то же время в 1954 г. наблюдается абсолютный минимум. На Солнце за восемь месяцев не было ни одного пятна. Новый цикл, 19-й, начавшийся после 1954 г., протекает еще более бурно и к 1959 г. уже превзошел даже рекордный предыдущий 11-летний цикл. Абсолютный максимум в начале 1958 г. оказался самым высоким за все 19 циклов. Теперь посмотрим, как за это время изменился уровень Балхаша.

С 1934 г. имеются наблюдения водомерных постов. Анализ их работы показывает, что повышение уровня носило колебательный характер на общем фоне снижения уровня: повышение средних годовых уровней (годы 1935, 1937, 1942, 1943, 1947, 1949, 1950) неоднократно чередовалось с их понижением (годы 1936, 1938, 1939, 1940, 1944, 1945, 1946 и 1951). В 1952-1954 гг. наблюдалось повышение уровня Балхаша.

Из вышеприведенных данных можно сделать следующие выводы: 1) при слабой солнечной активности в первом (14-м) цикле происходил подъем уровня Балхаша; 2) в последующие годы подъем уровня Балхаша наблюдался лишь короткое время при ослаблении солнечной активности, наблюдаемой всегда при смене одного цикла другим (годы 1926, 1931, 1942-1943, 1952-1954); 3) начиная с 1911 г. уровень Балхаша падает, что хорошо согласуется с общим усилением солнечной активности с каждым новым 11-летним циклом. Все три вывода могут быть объединены в один общий вывод: уровень Балхаша повышается в годы с относительно слабой солнечной активностью.

В связи с этим следует отметить, что максимальный уровень Аральского моря был в 1911 г., озера Севан - в 1912 году. Уровень Балхаша повышался до 1911 г., а наиболее резкий подъем наблюдался в 1908-1909 годах. С 1930 г. началось падение уровня Каспия, который к 1946 г. упал почти на 2 м. Такого резкого падения уровня не было, по И.А.Бенашвили, за последние 100-125 лет. Б.А.Аполлов и К.И.Алексеева указывают, что с повышением солнечной активности сток Волги падает. Небольшие временные подъемы уровня Каспия случались в 1931-1932, 1942 и 1944 гг., но в общем за 16 лет (1930-1946) уровень Каспия упал, по И.А.Бенашвили, на 192 см. Периоды временного повышения уровня Каспия, как видим, также соответствуют моментам солнечной активности при смене одного 11-летнего цикла другим. Таким образом, можно сделать вывод, что колебания уровней Балхаша и Каспия подчиняются одной и той же закономерности, но однозначные изменения их уровней происходят обычно гетерохронно и лишь иногда синхронно.

Вывод о существовании связи солнечной активности с изменением уровня озер не нов. В 1929 г. Брукс установил, что количество осадков в тропическом поясе и уровни африканских озер изменяются параллельно количеству солнечных пятен: максимуму пятен соответствует наивысший уровень озер и обратно. В.Ю.Визе показал, что существует коррелятивная связь между степенью деловитости Арктики и уровнем воды в озере Виктория, расположенном на экваторе. Таким образом, самый факт связи уровней озер с солнечной активностью можно считать доказанным. Остается лишь не совсем ясным механизм циркуляции атмосферы, делающий подобную отдаленную связь реальностью. По-видимому, его нельзя объяснить каким-либо одним процессом, но можно найти объяснение в сочетании ряда процессов основных переносов воздушных масс, рассматривая атмосферу Земли как единое целое.

В частности, пассатно-антипассатная циркуляция атмосферы для СССР не является ведущим климатообразующим фактором, но ее влияние на чередование эпох относительно повышенного увлажнения может сказываться. Существование связи между числом солнечных пятен и интенсивностью циркуляции атмосферы в тропическом поясе установлено уже давно. В 1917 г. Фритьоф Нансен и Б.Хелланд-Хансен, обработав наблюдения за 1815-1910 гг., показали обратную связь между температурой воздуха в тропическом поясе и количеством солнечных пятен. Оказалось, что с увеличением числа пятен температура падает, а с уменьшением повышается. В настоящее время пассатно-антипассатная циркуляция атмосферы хорошо известна по работам Брукса. В годы с большим количеством осадков в экваториальной зоне усиливаются восходящие движения воздуха. В связи с этим количество воздуха, уносимого из экваториальной зоны антипассатом, в течение года тоже увеличивается. За счет воздуха, приносимого антипассатом, в значительной степени питается затропический барометрический максимум, зимою проявляющийся повсеместно, а летом только над океаном. Поэтому годы с усиленнным переносом воздуха антипассатом имеют давление в субтропиках выше нормы.

В 1913 г. Энер установил, что между давлением воздуха в затропическом барометрическом максимуме и давлением воздуха в высоких широтах существует оппозиция. Высокое давление в области затропического максимума, соответствующее годам высокой солнечной активности, сопровождается относительно невысоким давлением в высоких широтах. И наоборот, в годы слабой солнечной активности относительно низкое давление в затропическом максимуме сопровождается высоким давлением в приполярных областях. В результате периоды со слабой солнечной активностью и замедленной циркуляцией атмосферы являются, как показал В.Ю.Визе, годами с относительно высоким атмосферным давлением в северной и южной полярных областях и высокой их ледовитостью.

Затропическая область высокого давления в северном полушарии, как известно, не совпадает с географической субтропической зоной и располагается под 40 и 45 с.ш. Бассейны Арала, Балхаша, Иссык-Куля и бессточных озер Центральной Азии тесно с этой областью связаны. Летом усиливается азорский максимум высокого давления Атлантического океана, посылающий циклоны с европейской территории СССР, но они чаще наблюдаются в северных районах и очень редко на юге. На севере циклоническая деятельность развивается на арктическом фронте, и в основном эти циклоны - атлантического происхождения. На юге Средней Азии циклоны связаны с иранской ветвью полярного фронта. Приходящие сюда из Ирана циклоны в значительной мере теряют свою активность в смысле связанных с ними осадков. Они активизируются снова обычно лишь с приближением арктического фронта, который нередко продвигается в эти широты зимой и ранней весной. Над бессточными котловинами Центральной Азии в теплый период года образуется область низкого давления. В южной части МНР проходит ветвь восточноазиатского полярного фронта, благодаря чему развивается циклоническая деятельность.

Величайший узел Евразии - Прикаспийские степи правого берега Волга. Севернее резкого поворота реки на юг находится Урало-Донской коридор, по которому прошли народы с востока на запал и с севера на юг и запад, на Кавказ и в Иран. Хазария в низовьях стала образцом овладения узлового пространства, но экологическая катастрофа - подъем уровня Каспия на 6 метров и этническая беда - смена религиозной ориентации смыли следы тысячелетней традиции. Через три столетия, после того как степь высохла и стала обитаемой, в бывшей хазарско-аланской степи появились калмыки. Калмыцкая новая жизнь унаследовала инерцию культурного освоения узла Евразии - вплоть до Черных Земель, до реки Терек. Оскудение начала XX века означало приход социальных изменений - казачьи части этой степи продолжали жить по заведенному порядку, но уже события середины XX века в очередной раз погубили степные пастбища. Орошение степи каналами -дело безнадежное, это доказал и Вавилон, и северная Индия. Калмыцкая степь ныне предоставлена тем, кто когда-то кочевал на зеленых пастбищах, построил храмы, оживил плавни Волги.

Как известно, циклоны есть производное фронтов: полярного воздуха и субтропического, между барометрическими максимумами которых они проходят. Чем больше барометрическое давление в северной околополярной области относительно затропического максимума, тем южнее бывает расположена атлантико-арктическая барометрическая депрессия, тем ближе проходят циклоны с атлантической влагой, когда в северной околополярной области давление бывает низким, основные осадки, приносимые циклонами, выпадают севернее, в гумидной зоне. Для своего пути циклоны используют очередное положение барометрической ложбины, вызывая гетерохронность периодов относительно повышенного уровня увлажнения гумидной и аридной зон.

Решающее значение для уровней озер Центральной Азии играет циклоническая деятельность летом. Зимою здесь располагается центр монгольского антициклона, препятствующий прохождению циклонов и выпадению осадков в холодное время года. Данное обстоятельство сильно влияет на сток. Реки Хангайско-Хэнтэйской горной страны имеют преимущественно летнее питание (50-60% стока), при подчиненном значении талых вод (20-30% стока) и грунтового питания. Климатическая граница между западом и востоком аридной зоны Азии проходит, по-видимому, в области Монгольского Алтая, реки которого имеют смешанное питание: 30-50 процентов стока им дают зимние осадки (талые воды), 35-45 летние дожди и 15-25 процентов грунтовое питание.

В восточной части аридной зоны фронты образуются при соприкосновении континентального таежно-бореального воздуха Сибири с субтропическим воздухом Центральной Азии. Движение летом бореального воздуха в Центральную Азию бывает связано здесь с размытостью барометрического давления по причине высокой температуры. Движение бореального воздуха Сибири на юг, очевидно, бывает сильнее в годы с высоким давлением в околополярной области и слабой солнечной активностью. Благодаря пониженному давлению летом до Хингана проникают циклоны, дающие дожди. Относительно других сезонов года лето здесь - наиболее богатый осадками период года.

Западная часть аридной зоны Азии (Средняя Азия и Казахстан) получает основные осадки в холодное время года, вследствие арктических вторжений. В Казахстане несколько дней после вторжения арктического воздуха формируется антициклональное поле с центром над центральными районами Казахстана. В последующие дни центр антициклона смещается в Алтай. В периоды арктических вторжений туранского воздуха устанавливается облачная морозная погода с осадками и лишь на крайнем юге сопровождается ясным небом. В периоды арктических вторжений вся территория Казахстана получает однородный неглубокий снежный покров. Чем выше солнечная активность, тем выше давление в затропическом барометрическом максимуме, тем труднее в холодное время арктическому воздуху проникать на юг западного сектора аридной зоны.

В периоды повышенной солнечной активности в теплые сезоны года над Атлантическим океаном ось барометрической ложбины, идущей от Исландии к побережью Евразии, смещается на север. В результате циклоны идут по Евразии севернее широт Севана, Арала и Балхаша по гумидной зоне. Ослабление солнечной активности смещает ось барометрической ложбины над Атлантическим океаном летом на юг, что приводит к некоторому перемещению трассы движения циклонов на юг, в частности, при этом, по-видимому, учащается прохождение их по иранской ветви полярного фронта.

Смена циклонического режима на антициклонический режим атмосферы вносит большие пертурбации в указанную выше схему. Известно, что начиная с 1933 г. происходит неизменное продвижение восточного фронта атлантико-арктической депрессии на восток и слияние ее в 1940 г. с алеутским минимумом. При таком положении атлантико-арктической депрессии большая часть акватории окраинных арктических морей находилась в сфере влияния полярного и сибирского антициклонов. Благодаря этому создавались условия относительной изоляции аридной и гумидной зон от арктических вторжений в тылу циклонов, т.е. условия относительной сухости в обеих зонах. Уровни Балхаша и Каспия падали синхронно.

Следовательно, в те годы, когда циркуляция атмосферы повышена, а восточный фронт атлантико-арктической барометрической ложбины вклинивается по крайнему северу Евразии далеко на восток, может быть мало осадков не только в бессточных бассейнах аридной зоны, но и в расположенных на севере бассейнах рек Дона, Волги, Урала и Западной Сибири. За 16 лет (1930-1946) над европейской частью СССР в зимние месяцы более чем вдвое возросло количество полярных антициклонов, обусловивших серию суровых и малоснежных зим, что вызвало резкое падение уровня Каспия.

Изменение степени увлажнения для каждой зоны имеют очень большое значение, но особенно большое значение - для аридной зоны, где засухи наносят огромный ущерб.

Очень показательны наблюдения М.П.Тарасова над засухой в Монгольском Алтае. Степь в течение всего лета 1957 г. оставалась желтой. Небольшие зеленые лужайки встречались лишь у родников и по берегам немногочисленных речек. Многие ключи, мелкие родники и даже маленькие речушки пересохли. Араты-скотоводы сосредоточили свои стада у нескольких сохранившихся источников воды, что отрицательно сказалось на жизни диких животных. Произошли сильные изменения в распространении горно-степных и полупустынных животных. Согласно М.П.Тарасову, резко изменилась структура всех биоценозов страны. Более длительные, чем 11-летние, изменения солнечной активности могли вызвать рост пустынь, гибель пастбищных угодий и те большие периодические изменения в жизни аридной зоны в историческое время, о котором писал Г.Е.Грумм-Гржимайло.

Литература

Алисов Б.П., Берлин И.А., Михель В.М. Курс климатологии. Ч. III. Климаты земного шара. Л., 1954.

Аполлов Б.А., Алексеева К.И. Прогноз уровня Каспийского моря. Проблемы Каспийского моря // Труды Океанографического комитета. Т. V. 1959.

Аносов А.А. Гидрогеологическое описание юго-западной и южной частей Карака-линского уезда Семипалатинской области // Ежегодн. Отд. зем. улучшений. Отчеты за 1909-1910, 1912-1913 гг. СПб., 1916.

Берг Л.С. Основы климатологии. Л., 1938.

Бенашвили И.А. Уровень Каспийского моря, его прошлое, настоящее и будущее. Л., 1948.

Бурмакин Е.В., Домбовский В.В. Состояние рыбных запасов озера Балхаш и перспективы увеличения уловов // Изв.ВНИОРХ. Т. 37. М., 1956.

Вительс Л.А. Многолетние изменения барикоциркулярного режима и их влияние на колебание климата // Труды Глав. Геофиз. обе. Вып. 8 (70). 1948.

Визе В.Ю. Колебание гидрологических элементов, в частности колебание уровня воды в оз. Виктория, в связи с общей циркуляцией атмосферы и солнечной деятельностью // Изв. ГГИ. N 13. 1925.

Он же. Колебание солнечной деятельности и ледовитость Арктических морей // Сб. статей: XXV-летие деятельности Арктического института. М.-Л., 1945.

Гуревич Б.С. Внутренняя закономерность флуктуации солнечной деятельности // Труды Глав. Геофиз. обе. Вып. 8 (70). 1948.

Он же. О причине изменения климата в настоящее время // Бюл. Ком. по иссл. Солнца. N 7 (21). 1949.

Грумм-Гржимайло I.E. Рост пустынь и гибель пастбищных угодий и культурных земель в Центральной Азии за исторический период // Изв Рус. геогр. общ. Т. 65. Вып. 5. 1933.

Кузнецов Н.Т. Реки Монгольской Народной Республики // Природа. N 3. 1955.

Предтеченский П.П. Цикличность в колебаниях солнечной деятельности // Труды Глав. Геофиз. обе. Вып. 8 (70). 1948.

Рубашев Б.М. Новые данные о связи солнечных и земных явлений // Природа. N 10.1940.

Он же. О влиянии солнечной активности на арктический центр действия тропосферы // Метеорол. и гидрол. i 10-II. 1939

Он же. Холодные весны и импульсы солнечной активности // ДАН СССР. Т. 26. N 8.1940.

Он же. К вопросу о существовании солнечных циклов более высоких порядков // Бюл. Ком. по иссл. Солнца. N 2. 1949.

Русаков М.П. К вопросу о понижении уровня озера Балхаш // Изв. ГГИ. N 17. 1926.

Сарычев Г.А. Озеро Балхаш в географическом, экономическом и этнографическом отношениях // Зап. Семипалат, отд. РГО. Т. 25. 1925.

Селевин В.А. О колебаниях уровня озера Балхаш // Природа. N 7. 1933.

Тарасов М.П. Засуха и животные // Природа. N 12. 1959.

Чубуков Л.А. Комплексно-динамический климатологический анализ // Пробл. физ. геогр. Т. 13.1948.

Шнитников А.В. Общие черты циклических колебаний уровня озера и увлажненности территории Евразии в связи с солнечной активностью // Бюл. Ком. по иссл. Солнца. N 3-4. 1949.

Он же. Изменчивость общей увлажненности материков северного полушария // Зап. Геогр. общ. СССР. Т. 16. Нов. сер. 1957.

Он же. К вопросу о колебании уровня озер Средней Азии // Изв. ГГИ. N 14. 1924.

Эйгенсон М.С. Вековое изменение солнечной активности // ДАН СССР. Т. 53. N 5.1946.

Он же. Вековое изменение солнечной активности и его географические последствия. Ч. 1 //Астроном. Т. 25. N 2. 1948.

Он же. О многовековом изменении солнечной активности и его географических последствиях // Изв. ВГО. Т. 85. Вып. 3. 1953.

Эйгенсон М.С., Гневышев М.Н., Рубашев Б.М., Оль А.И. Солнечная активность и ее земные проявления. М.-Л., 1948.

Brooks С.Е.Р. and S.T.A.Mirrlees. A study of the atmospheric circulation over tropical Africa. London, 1932 (Geophysical Memoirs, N 55).