На суше и на море 1970(10)

МОЖНО ЛИ УПРАВЛЯТЬ ПОГОДОЙ!

Еще десять — пятнадцать лет назад такой вопрос мог бы показаться праздным. Сейчас же он все больше и больше привлекает внимание ученых, и многие из них не склонны торопиться отвечать отрицательно. Может показаться странным, что усиленное внимание к идее управления погодой в последние годы связано с изучением относительно малонаселенных и лишенных значительных континентальных пространств экваториальных и тропических районов Земли.

Территория приэкваториальных и тропических областей Земли огромна — более 40 процентов поверхности планеты. Это «ахиллесова пята» современной метеорологии. Здесь аккумулируется основная часть энергетических ресурсов атмосферы и происходят решающие преобразования различных видов этой энергии, а метеорологам приходится делать свои заключения об атмосферной циркуляции в целом, не имея самых необходимых данных из этой части поверхности Земли. Вот почему тропические области в последние годы стали предметом особого внимания Всемирной метеорологической организации (ВМО).

Стараниями ученых ряда стран достигнуты некоторые успехи в тропической метеорологии. За последние годы возникло много новых научных центров, специально занимающихся изучением вопросов тропической метеорологии. К созданным ранее и уже широко известным институтам и отделам тропической метеорологии в университетах в Майами (штат Флорида в США), на Гавайских островах и в Токио прибавились центры, созданные в Карачи (Пакистан), Пуне (Индия), Каире (ОАР) и в Колорадо (при государственном университете США). Небольшие отделения и исследовательские группы созданы и в южном полушарии — в национальных метеорологи ческих службах Бразилии (Буэнос-Айрес) и Австралии (Мельбурн) и др.

Внимание к тропической метеорологии вытекает из интересов общего развития экономики, которому могло бы способствовать более рациональное и полное использование ресурсов тропических областей. Оно стало реальной действительностью в послевоенные годы и потребовало от метеорологов новых данных, как и ускорения решения старых метеорологических проблем.

Вопросы тропической метеорологии уже давно занимают значительное место в планировании всей деятельности Всемирной метеорологической организации (ВМО) ООН и, в частности, в связи с проектированием Всемирной службы погоды, с. развитием национальных метеорологических служб новых африканских государств.

После второй мировой войны ВМО много было сделано для обобщения результатов, полученных различными учеными при исследовании природы и происхождения тропических циклонов, струйных течений восточного направления над Индийским океаном и Африкой; по прогнозу муссонов и т. д. Для этого были организованы специальные обсуждения отдельных вопросов тропической метеорологии на международных симпозиумах в Ныо-Дели в 1957 году, в Найроби в 1958 году, в Мехико-Сити в 1963 году и в Ро-торруа (Новая Зеландия) в 1964 году.

В метеорологии существует одна, хотя и частная, но чрезвычайно острая проблема, в разрешении которой заинтересованы жители тропиков и моряки разных стран — тропические циклоны.

Интерес к тропическим циклонам вызван прежде всего многочисленностью человеческих жертв, почти ежегодно вызываемых ураганами и тайфунами в различных районах тропических поясов обоих полушарий Земли, как и страшными разрушениями и убытками, причиняемыми ими. Так, в 1963 году ураган Флора унес более 7000 человеческих жизней и только в США причинил убытков более чем на полмиллиарда долларов. Тайфун Вера в 1959 году в одной Японии стоил жизни более 5000 человек и нанес ущерб, оцениваемый почти в полтора миллиарда долларов. Число пострадавших от него в Японии превышает 1 миллион 600 тысяч человек Страшные опустошения принесли тайфуны жителям Пакистана и Филиппин в 1965 году.

Наибольшие разрушения и человеческие жертвы во время тропических циклонов связаны с внезапными затоплениями прибрежных местностей гигантскими волнами, наступающими с океана на сушу, а также с чрезвычайно сильными ливнями и, как следствие, выходом рек из берегов.

Значительную опасность представляет и большая скорость ветра в тропических циклонах. Она достигает 150 п даже иногда 257 км/час, то есть более 70 м и секунду (напри-мер, тайфун Эми 1—5 сентября 1962 года), и уже сама по себе может стать причиной катастрофы. Тропические циклоны зарождаются и развиваются над океанами в низких широтах. Они представляют собой вихри с циклонической циркуляцией (с направлением ветра в северном полушарии против движения часовой стрелки) диаметром от 200 до 2000 км. Длительность жизни тропического циклона — от одного до тридцати дней.

Запасы энергии в них колоссальны. В урагане средней интенсивности в течение суток освобождается количество скрытой теплоты конденсации, эквивалентное энергии взрыва 400 сверхмощных водородных бомб! И только около 3 процентов этой энергии трансформируется в кинетическую энергию, создавая бешеные скорости движения воздуха — ветер в циклоне.

Основу каждого тропического циклона составляет его «глаз» или теплое ядро в самом центре циклона, окруженное несколькими гигантскими облаками-башнями, достигающими высоты 15—17 км. Наиболее мощные облака располагаются справа от направления движения тропического циклона. Нередко тропические циклоны резко изменяют направление своего движения.

Жизненно важную роль во всем циркуляционном механизме циклона играют облака, окружающие «глаз бури». Они служат одновременно и «цилиндрами», в которых происходит сгорание, и «бензонасосами» теплового двигателя, каким в сущности и является каждый тропический циклон. Облака вокруг теплого ядра тропического циклона препятствуют проникновению холода к его центру, которое неминуемо ведет к прекращению урагана или тайфуна, так как проникновение холода к центру циклона ликвидирует разность значений атмосферного давления между центром и периферией циклона, существующей в нижних слоях атмосферы и обусловливающей характерную для циклонов циркуляцию вообще и, в частности, типичные для него скорости ветра.

Подъем воздуха в облаках, окружающих теплое ядро тропического циклона, способствует сохранению разности давления. Массы воздуха поднимаются в облаках-башнях очень быстро и на большую высоту, увлекая в циклон теплый и влажный воздух с поверхности океана. Выброс на высоту более 7500 м этих масс воздуха с избыточным содержанием тепла и влаги вызывает падение давления в тропических циклонах примерно на две трети. Таким образом, эти запасы тепла и влаги облака — «насосы» — черпают ив слоев вов-духа, находящихся непосредственно над поверхностью океана. Интенсивные процессы конденсации сопровождаются обильными ливневыми осадками и грозовыми явлениями, характерными для разрешения неустойчивости атмосферы.

Эксперименты показывают, например, что над Карибским морем в тропических циклонах глубиной от 980 до 940 мб на уровнях 400— 300 мб (7500—10 000 м) воздух, поднявшийся в облаках, на 15—18° теплее окружающего или обычного внеоблачного воздуха.

Ничего подобного не наблюдается в кучево-дождевых облаках вне тропических циклонов, когда этих облаков много и они меньше по размерам, слабее развиты по высоте.

Ряд исследователей (Малкус, Рилл) установил численные соотношения между скоростью ветра в урагане, температурой воздуха его теплового ядра, температурой воздуха в облачных башнях на разных уровнях, а также и температурой поверхности океана. Из этих и других исследований вытекает, что облачным башням, окружающим теплое ядро урагана, принадлежит очень важная роль, определяюшая жизнеспособность урагана. Этим можно воспользоваться в интересах людей, терпящих бедствия от ураганов.

Идея активного воздействия на ураганы и тайфуны заключается в том, чтобы попытаться превратить зарождающийся или уже сформировавшийся ураган в обычный тропический циклон, не несущий с собой катастрофических разрушений и жертв.

Разница между обычным тропическим циклоном и ураганом (или тайфуном), как известно, заключается не в количестве энергии, реализуемой этими обоими видами возмущений, а в степени концентрации этой энергии, то есть в размерах территорий, над которыми энергия реализуется. Задача, таким образом, сводится к возможно большему расширению площади, над которой происходит подъем вовлекаемого в циклон воздуха.

Например, если засеять йодистое серебро или другие реагенты в наиболее активную, правую по направлению движения урагана часть циклона, усилится развитие кучево-дождевых облаков. Это приведет к резкому расширению облачной зоны урагана, то есть к увеличению радиуса области с восходящим движением вовлекаемого в циклон воздуха, а в последующем — к ослаблению градиентов температуры и давления, скорости ветра и общей интенсивности урагана.

Подсчеты показывают, что замерзание каждого грамма воды на 1 м3 переохлажденной влаги облака между уровнями 150 и 500 мб обеспечивает повышение температуры приблизительно на 2°, причем половина этого потепления обусловливается выделением скрытой теплоты, сопровождающим замерзание воды, а вторая половина — сублимацией. Понижение давления (вне центральной части циклона) может достигнуть в этом случае 6—7 мб, и, таким образом, величина горизонтального барического градиента в радиусе 20— 35 км от центра урагана уменьшится на 15—20 процентов.

Проверка результатов в тщательно обеспеченном всеми доступными техническими средствами эксперименте, потребовавшем применения значительного числа самолетов, радиолокационных установок и дополнительно организованных радиозондирований, дала хорошее совпадение данных расчетов и эксперимента. Так были исследованы ураганы Истер 16—17 сентября 1961 года, Бюлах 19—24 августа 1963 года.

Конечно, пока рано говорить о практической возможности активного воздействия на ураганы и тайфуны, но можно надеяться, что в ближайшие годы успешно завершатся начатые исследования.

Сейчас многое из области активного воздействия на тропические циклоны может показаться научной фантастикой. Пока эта проблема выглядит в основном не инженерно-технической, а чисто научной проблемой, поэтому внимание к ней ученых вполне закономерно и оправданно.

Идея активного воздействия на ураганы, борьба с ними нашла много сторонников в странах, население которых систематически страдает от тропических циклонов. В правительственных кругах Японии, Филиппин, Пакистана, США и Таиланда неоднократно обсуждались вопросы о поддержке исследований и экспериментов по искусственному ослаблению ураганов и тайфунов.

Предложения о выделении необходимых средств поступали и в ООН, поэтому не могла оставаться в стороне от этой проблемы и ВМО, для которой искусственное влияние на тропические циклоны, естественно, стало частью более общей проблемы активного воздействия на погоду и климат в интересах человека.

С давних пор профессиональные метеорологи во всех странах относятся к этим вопросам с большой осторожностью. Они проявляют значительно меньше энтузиазма при обсуждении перспектив и возможностей активного вмешательства человека в атмосферные процессы в будущем, чем это склонны делать люди, непосредственно метеорологией не занимающиеся, но так или иначе соприкасающиеся с ней.

Например, в США активными воздействиями на погоду интересуются не только научные метеорологические круги, но и многие коммерческие фирмы. Существуют даже частные предприятия, берущие подряды на выполнение работ по увеличению количества выпадающих осадков, рассеиванию туманов и облаков, предотвращению ночных и утренних весенних заморозков, губительных для фруктовых садов и т. п. В Американском метеорологическом обществе, отделение которого в Вашингтоне мне пришлось посетить, я слышал жалобы на бесконтрольность действий частных предприятий в прошлом, мешавшую организации строгой научной оценки эффективности осуществлявшихся опытов по воздействию на погоду.

Усилиями Общества этой практике положен конец, а заодно и частной практике разного рода предприимчивых людей, выдающих себя за метеорологов, но не являющихся таковыми. Специальным законом, принятым недавно в США, работать консультантами частных фирм могут отныне только лица, обладающие дипломом Американского метеорологического общества. Такие дипломы выдаются на каждый вид консультаций только после проверки знаний кандидата специальной комиссией, состоящей из видных ученых — специалистов в этой области.

Необходимость принятия подобного закона в США вызвана большим спросом на метеоспециалистов в частных компаниях, в которых профессиональных метеорологов сейчас занято больше, чем на государственной службе. Хорошо оплачиваемая частная метеорологическая практика стала привлекательным занятием для всякого рода проходимцев, приносивших вред своей некомпетентностью как компаниям, пользовавшимся их услугами, так и репутации прикладной метеорологии. Особенно много авантюристов пыталось подвизаться на поприще активных воздействий на погоду у фермеров, хотевших, чтобы на их полях выпало больше дождя, чем на полях соседей... Трудности учета действительной эффективности всех воздействий на облака и осадки благоприятствовали деятельности авантюристов, остававшейся многие годы фактически бесконтрольной и безнаказанной, пока этому не был положен конец законодательным путем.

Внимание американских метеорологов в первую очередь привлекают ситуации так называемой динамической неустойчивости атмосферы, когда, приложив относительно небольшие усилия, можно дать как бы толчок естественному развитию процессов в желаемом направлении. Это возможно в случаях, когда атмосфера по своему состоянию уже близка к освобождению накопившейся в отдельных ее участках энергии, то есть подготовлена к разрешению неустойчивости и нуждается только в небольшом «подталкивании». Существует несколько таких разновидностей состояния атмосферы, когда она может быть «спровоцирована» на разрешение неустойчивости минимальными средствами.

Например, при неустойчивом состоянии содержащейся в воздухе переохлажденной воды или перенасыщенного водяного пара толчок к нарушению равновесия может быть дан созданием локального источника аагрева. Другой разновидностью может явиться коллоидальная неустойчивость облачных частиц, способных к выделению значительной энергии при фазовых превращениях водяного пара, осуществляющихся в процессе выпадения осадков. Третья — вертикальная, или так называемая конвективная, неустойчивость некоторой ограниченной массы воздуха, освобождающаяся в процессе накопления тепла у поверхности земли и путем передачи его в выше расположенные слои. Наконец, можно назвать и горизонтальную неустойчивость атмосферы, связанную с различиями условий у экватора и над полюсами. Пока она реализуется бесконтрольно и через очень сложный механизм циркуляции, возможности влияния на который все еще не ясны.

Таким образом, наши американские коллеги видят возможность искусственного влияния на погоду прежде всего в воздействиях на облака — в увеличении количества осадков, рассеивании облаков, уменьшении размеров выпадающих из облаков градин и растаивании их в воздухе раньше, чем они достигнут поверхности земли. В этом направлении они и ведут основные исследования и эксперименты, так же, впрочем, как и наши советские ученые, результаты работы которых очень высоко оцениваются в США.

— Мы считаем русских самыми большими оптимистами в вопросе о возможностях борьбы с градобитиями. Полученные вашими учеными результаты на Кавказе, безусловно, дают вам право на такой оптимизм,— сказал мне один из сотрудников американского Института атмосферных исследований, побывавший в Советском Союзе.

— Не хотите ли вы сказать, что в вопросе о возможностях модификации климата американские коллеги настроены менее оптимистично, чем русские? — спросил я, на что мой собеседник не без лукавства ответил:

— Видите ли, наш оптимизм в такого рода вопросах закономерен — мы ведь призываем к осуществлению фундаментальных исследований в метеорологии, необходимых в любом случае, а не только для решения проблемы искусственного изменения погоды и климата. Риска здесь быть не может никакого, так же как и сомнений в том, что путь к научному решению задачи модификации климата лежит именно через теоретические исследования, моделирование атмосферной циркуляции, количественные эксперименты с помощью быстродействующих вычислительных машин и т. д. Но, увы, все это стоит денег, для получения которых в нашем Конгрессе нужен не меньший оптимизм, чем для осуществления самих исследований...

Ну а все же, спросит читатель, можно ли надеяться на успешное управление погодой? Ведь начав искусственно изменять условия погоды, мы должны быть гарантированы, что все изменения будут благоприятными, что они не повлекут за собой никаких непредвиденных отрицательных, необратимых, катастрофических для человечества последствий.

Постановка такого вопроса не лишена смысла, и ответ на него в наши дни уже звучит не столь пессимистически, как прежде.

Комиссия из четырнадцати авторитетных американских ученых, среди которых значатся имена таких крупных специалистов в области изучения атмосферных процессов, как Ю. Чарни, Д. Смагоринского, С. Джонсона, Д. Симеона, Н. Лоренца и др., в своем отчете, единодушно одобренном Комитетом по атмосферным наукам США, состоящим еще из 15 известных ученых, констатировала:

«В известном смысле сегодня модификация погоды может рассматриваться как реальность. Человек может и должен вмешиваться в атмосферные процессы различными способами. Его способность производить желаемые и полезные изменения еще весьма ограниченна и неопределенна, но ее больше нельзя игнорировать».

На чем основаны эти заключения? Что изменилось в нашем понимании природы атмосферных процессов, формирующих погоду, и возможностей искусственно воздействовать на них в нужном нам направлении?

Прежде всего следует уточнить, что под термином «модификация» погоды подразумеваются искусственно вызываемые как умышленно, так и непреднамеренно изменения ее, проявляющиеся как длительно, так и кратковременно, и, наконец, любые по масштабу. И далее, почти все исследователи этой проблемы, включая советских ученых, в настоящее время считают реально возможными пока только мелкомасштабные, локальные изменения погоды и климата искусственным путем. Возможности же крупномасштабных их изменений еще далеко не ясны и подлежат серьезному и всестороннему изучению.

В целом решение задачи искусственного изменения погоды и климата сейчас стало возможным рассматривать в иной плоскости, чем в начале нашего века, оно перешло в новую, качественно отличную фазу, стало более перспективным. Конкретно это выражается в двух очень важных сдвигах, достигнутых наукой об атмосфере за последние десятилетия.

Во-первых, появилась возможность создания математических моделей теоретических схем атмосферной циркуляции, позволяющих с помощью электронной вычислительной техники производить количественные эксперименты, на их основе уточнять детали сложного циркуляционного механизма земной атмосферы, проверять точность самих схем, рассчитывать возможные последствия искусственных воздействий на атмосферу в самых различных вариантах. Во-вторых, многократно возросла способность человека количественно оценить состояние атмосферы, измеряя новыми средствами все большее количество ее элементов, или, как принято говорить, параметров, в том числе таких, которые не удавалось измерять раньше. Радиометеорологические наблюдения, ракетное, самолетное и оптическое зондирование атмосферы, информация, получаемая с метеорологических спутников, и т. п. наотолько расширили арсенал средств анализа состояния атмосферы, что он качественно изменился, став и более разносторонним, и больз точным, и одновременно более oпepативным.

Теоретически все это открывает новые перспективы перед исследователями и позволяет надеяться на успешное решение многих вопросов активного воздействия на погоду, в прошлом казавшихся не поддающимися решению.

Уже сейчас мы можем изменять микроклимат и должны научиться делать это в значительно больших масштабах. Для этого потребуются длительные теоретические и экспериментальные исследования, новые поиски. Пройдет много лет, может быть, десятилетий, прежде чем человечество научится управлять погодой сначала в ограниченных районах без риска вызвать нежелательные последствия в соседних или более удаленных областях, а затем и в планетарном масштабе. Это будет не скоро, но будет!

П. Астапенко