Кто украл зиму?

Знаменитая строчка Пушкина «снег выпал только в январе», отмечающая долгую осень и позднее наступление зимы, в этом году к Москве, похоже, не применима: январь идет к концу, а в столице и окрестностях по-прежнему около ноля (к тому же в соответствующем месте из «Евгения Онегина» сказано, что снег выпал «на третье в ночь»). Чем вызвана эта аномалия и какой характер она носит — разовый или долгосрочный? Ждать ли нам февральских морозов и связано ли как-то происходящее с глобальным изменением климата? С этими вопросами редакция N + 1 обратилась к члену-корреспонденту РАН, заведующему лабораторией климатологии Института географии РАН и заместителю директора по науке Института физики атмосферы Владимиру Семенову.

Зима на историческом фоне

В декабре и в первой половине января не только дневные, но и ночные температуры в Москве оставались выше нуля, а максимальные суточные температуры били рекорды. Например, 16 января с температурой выше +4 градуса Цельсия был побит рекорд 1925 года, до этого, 18 декабря (+5,3 градуса Цельсия) был побит рекорд 1886 года. Отсутствие снега в столице также добавило к ощущению «европейской зимы», как в Гамбурге или Париже.

Уже сейчас можно сказать, что и вся зима будет аномально теплой, поскольку даже возможные морозы в феврале не смогут изменить картину в целом.

Февральские морозы, кстати, вполне вероятны. Дело в том, что в начале XXI века на фоне максимальных значений глобальных температур в феврале на территории Северной Евразии возможны и похолодания, которые, парадоксальным образом, также являются следствием глобального потепления.

Ускорившееся таяние арктических морских льдов в начале века привело к сильному нагреву атмосферы в регионе Баренцева моря, в последнее десятилетие практически свободного ото льда зимой (площадь льда там за последние 30 лет сократилась на 350 тысяч квадратных километров — это почти площадь Германии).

Нагрев приводит к формированию антициклона к югу от Баренцева моря, блокирующего приток теплого атлантического воздуха и приносящего холодные воздушные массы с северо-востока на ЕТР. Реализуется ли этот сценарий в этом году, мы скоро узнаем.

Кто принес тепло

Почему нынешняя зима выдалась такой теплой? Этот вопрос состоит из двух частей. Во-первых, почему тепло именно сейчас, в настоящий момент. Это вопрос к синоптике, науке о погоде, описывающей и предсказывающей движения воздушных масс.

И, во-вторых, почему в целом первая половина зимы стала такой аномально теплой, каковы причины этой аномалии, связана ли она с глобальным потеплением? Это вопрос к климатологии, науке о климате и его изменениях.

Погода на европейской территории России главным образом определяется синоптическими вихрями — циклонами (областями пониженного давления) и антициклонами (областями повышенного давления).

В декабре сформировался и продолжительное время оставался на одном месте антициклон к юго-востоку от Москвы. Такие долгоживущие антициклоны метеорологи называют блокирующими антициклонами, или блокингами, — поскольку они блокируют, препятствуют переносу теплых и влажных воздушных масс из Северной Атлантики на восток.

В антициклоне воздух вращается по часовой стрелке (радиусом примерно в 500-1000 километров), и расположение антициклона к северо-востоку от Москвы способствовало переносу теплых воздушных масс с юга. Это и вызвало продолжительный период теплой погоды в декабре.

В конце декабря ситуация изменилась. Блокирущий антициклон прекратил свое существование, но на севере Северной Атлантики, к югу и юго-востоку от Гренландии, стали один за другим рождаться мощные циклоны, движущиеся затем на восток вдоль Скандинавии, границ Баренцева и Карского морей.

В циклоне воздух вращается против часовой стрелки, и южная оконечность циклонов формирует мощный поток западного переноса теплого атлантического воздуха. Это можно проиллюстрировать синоптической картой Гидрометцентра России для утра 17 января.

Черные линии на этой карте — изобары, линии одинакового атмосферного давления. «Н» обозначает центр циклона, «В» — антициклона. Воздух движется вдоль изобар. Темно-синими кружками отмечены центры атлантических циклонов, красными — антициклонические образования. Там, где изобары сгущаются, скорость движения воздуха выше.

Такая картина с чередой циклонов на севере и антициклонов на юге обуславливает мощный зональный поток, то есть перенос воздушных масс в целом с запада на восток вдоль широтного круга, обозначенный красной изогнутой стрелочкой.

Температура океана зимой в Северной Атлантике, откуда приходит этот поток, — около 12–14 градусов Цельсия. Воздушные массы теплые и влажные, поэтому, оказываясь над континентом и охлаждаясь, водяной пар конденсируется с выделением тепла и воздух в результате охлаждается медленней, долго оставаясь аномально теплым на пути в глубь континента.

Атлантические качели

Эта синоптическая картина характерна для положительной фазы Северо-атлантического колебания. Северо-атлантическое колебание (САК) — это система, состоящая зимой из области пониженного давления над Исландией и повышенного — примерно в регионе Португалии — Азорских островов. Эта разность давлений определяет силу западных ветров и, соответственно характер зимы в Европе и на ЕТР.

В положительную фазу САК над Исландией наблюдается аномально низкое давление, а над Иберийским полуостровом давление повышенное. Соответственно, над северо-западом Европы льют дожди, часто проходят мощные циклоны, а в южной Европе солнечно и сухо. В отрицательную фазу САК картина ровно противоположная.

Фазы САК меняются от года к году, при этом очень сложно выделить какой-либо характерный временной период таких колебаний. Хотя в последние десятилетия было выдвинуто много гипотез о влиянии на многолетние изменения САК различных факторов естественного и антропогенного характера, все эти гипотезы впоследствии опровергались эволюцией САК.

По всей видимости, эти колебания на 70–90 процентов носят случайный, стохастический характер, то есть, в целом, непредсказуемы. Этим САК отличается от других ведущих «мод» — пространственно-временных структур в земной климатической системе, представляющих собой квазипериодические изменения региональных характеристик климата, что обуславливает определенную предсказуемость этих явлений и, соответственно, предсказуемость связанных с ними погодных аномалий.

К таким модам относятся, например, явление Эль-Ниньо/Южное колебание в тропической части Тихого океана, в среднем происходящее раз в четыре года, развитие которого научились предсказывать примерно за полгода. Или Атлантическое долгопериодное колебание — квазициклические изменения температуры океана в Северной Атлантике с периодом примерно в 60 лет, что позволяет предвидеть динамику этого явления на 10-20 лет.

САК, к сожалению, слабопредсказуемо, хотя в последние годы появились работы, претендующие на достижение некоторого прогресса в прогнозировании поведения этого явления за несколько месяцев.

Межгодовые колебания зимних температур в Москве в значительной степени определяются САК (коэффициент корреляции 0,6). В частности, аномально теплые зимы в 1990-х годах были связаны с максимумами положительной фазы САК в то время.

И в этом году САК, очевидно, по результатам всей зимы в целом будет в положительной фазе, возможно в области сильной положительной аномалии. Повлияли ли на это какие-либо внешние по отношению к атмосфере факторы (например, аномалии температуры поверхности океана или рост парниковых газов), как уже было сказано, определить практически невозможно, и, скорее всего, это сильная внутренняя флуктуация атмосферной циркуляции.

И при чем тут потепление

Но такие межгодовые случайные флуктуации происходят на фоне монотонного роста средних температур — того, что мы называем проявлением глобального потепления. Растут температуры зимой и в Москве, где, например, в декабре с 1948 года потеплело примерно на 3 градуса.

Поэтому и стохастические, вызванные внутренней динамикой атмосферы, положительные аномалии температуры становятся также более сильными (а отрицательные — более слабыми, эта тенденция также отмечена в ряде недавних работ).

Если 40-50 лет назад максимально теплые среднезимние температуры в Москве (при соответствующих благоприятных аномалиях атмосферой циркуляции) достигали -2,5 градуса Цельсия, то в современный период они могут достигать уже положительных значений, до +1 градуса и более.

Таким образом, аномально теплые декабрь и январь зимы 2019–2020 годов, скорее всего, связаны с сильной внутренней аномалией атмосферной циркуляции (аномально сильным западным переносом на фоне интенсивного циклогенеза в Северной Атлантике) на фоне долгопериодного тренда роста температуры, связанного с глобальным потеплением.

Остается еще один, наиболее сложный вопрос: связаны ли изменения внутренней динамики атмосферы, в частности характеристик циклонов и антициклонов, с происходящим глобальным потеплением?

Здесь, нужно признать, существует значительная неопределенность в результатах и концепциях. Но следует отметить, что в целом отмечается тенденция сдвига пути циклонов на северо-запад при росте глобальных температур.

Такая тенденция может способствовать более сильному потеплению в московском регионе, то есть в результате северные оконечности циклонов (где движение воздуха происходит на восток) могут как раз проходить примерно над Москвой.

С другой стороны, при потеплении отмечается и более частое формирование блокирующих антициклонов (аналогичных тому, который принес тепло в декабре). Но температурный эффект от блокингов сильно зависит от их местоположения.