CC BY
109
УДК528.91:502
В.А. Понько
Институт водных и экологических проблем СО РАН,
Сибирский НИИ земледелия и химизации Россельхозакадемии, Новосибирск
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ КРИЗИСНЫХ И ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ НА ОСНОВЕ МЕТОДОЛОГИИ КОСМОГЕОЭКОПРОГНОЗА
В статье рассматриваются практические приложения методологии космогеоэкопрогноза к отраслям аграрного и водохозяйственного природопользования, в тезисах дается краткое обоснование расчетов агроклиматических и водохозяйственных сценариев.
V.A. Ponko
Institute of Water and Ecological Problems, Siberian branch of Russian academy of sciences
Siberian research institute of agricultural chemistry, Russian academy of agricultural sciences, Novosibirsk
PREVENTION OF EMERGENCY SITUATIONS DUE TO THE GEO-ECOLOGICAL SPATIAL PREDICTION METHODOLOGY
Practical application of geo-ecological spatial prediction in nature management (agrarian and water industry) is considered. Brief substantiation of agro-climatic and water industry scenarios calculations is presented.
Время, прошедшее после конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро (июнь 1992 г.) показало, что декларация о стратегии устойчивого развития, провозглашенная на конференции, становится очередным мифом. Человечество не может осознанно перейти на траекторию устойчивого развития. Не проявляется и стремление к безопасному развитию. Одним из свидетельств этого является невостребованность системы космогеоэкопрогноза. Система была задумана на рубеже 80-90-х годов для своевременного упреждения кризисных и чрезвычайных ситуаций в экосфере и экосоциосфере на основе сверхдолгосрочного (на годы вперед)
прогнозирования их опасности [1, 2]. Экосфера - трансформируемая человечеством планетарная среда обитания, включающая атмосферу, гидросферу, агросферу, техносферу.
В докладе рассматриваются практические приложения методологии космогеоэкопрогноза к отраслям аграрного и водохозяйственного
природопользования, в тезисах дается краткое обоснование расчетов агроклиматических и водохозяйственных сценариев.
Методология космогеоэкопрогноза основывается на схемах глобального астрогеомониторинга. Астрогеомониторинг заключается в представлении на картах Земли и временных шкалах параметров экосферы, с одной стороны, и астрономических солнечно-плането-лунно-обусловленных факторов, влияющих на изменчивость этих параметров, с другой. При этом широко используются данные гидрометеорологического, геофизического, космического мониторинга. Задача состоит в обосновании геокосмических (космо-атмосферных, космо-гидросферных) связей и аналогий для построения адекватных математических моделей с прогностическим выходом. Для этого проводится геокосмическая (космогеофизическая) интерпретация внутрисуточных, внутригодовых, межгодовых и трендовых изменений характеристик облачности, давления, осадков, температур, речного стока, уровня озер при максимальном углублении геокосмических связей в прошлое. Природные характеристики берутся из архивов, палеогеографических источников и получаются в режиме текущего слежения.
Астрономические факторы рассчитываются в гелиоцентрической и геоцентрической системах отсчета. Основная геоцентрическая система определяется от нуля Гринвича, привязанного к точке весеннего равноденствия в верхней кульминации и соответствующему меридиану (МВР) в эпоху 1950,0. Относительно нулевого меридиана в звездном времени (согласно [3]) рассматриваются все астрономические периоды и циклы, начиная от прецессионного периода обращения МВР в западном направлении (около 26 тыс. лет) и периода апогея земной орбиты АЗ (21 тыс. лет), движущегося на восток. Имеется вариант отсчета проекций факторов по всемирному времени от 0 часов Гринвичской полночи, когда Солнце постоянно находится в нижней кульминации. Названные астрономические параметры представляются как сверхдолгопериодные факторы каналового приливообразования в атмосфере и океане. Они дополняются проекциями узлов прецессии (период 18,6 лет) и большой полуоси (8,85 лет) орбиты Луны, проекциями приливообразующих планет Юпитера (11,86 лет), Сатурна (29,46 лет), Венеры (0,61 года), и других. На сверхдолгопериодные и долгопериодные факторы накладываются компоненты вектора лунно-солнечных приливов. Одновременно астрономические параметры представляются в гелиоцентрической системе отсчета.
Сотни космических снимков атмосферы, карт аномалий атмосферного давления, других гидрометеорологических характеристик, совмещенных с проекциями названных астрономических параметров, позволяют космогеофизически интерпретировать динамику атмосферно-гидросферных процессов для того, чтобы по аналогии предвычислять аномальные события на будущее.
Осенью 2010 года после чрезвычайных ситуаций засухи и пожаров в Европейской России на заседании Научно-технического совета Росгидромета и Научного совета РАН «Исследования по теории климата Земли» отмечалось, что эволюция циклонов и антициклонов «уверенно прогнозируется на сроки 5-7 суток» и процессы стационирования антициклонов «не связаны с
геофизическими факторами». Было рекомендовано учреждениям науки и образования предусмотреть в планах НИР на 2011 и последующие годы работы, направленные на исследование и прогнозирование блокирующих атмосферных макропроцессов, повлекших потери урожая и другие стихийные бедствия.
Много ранее аналогичный блокирующий антициклон над Восточной Европой и прохладную циклональную воронку в Западной Сибири летом 1972 года мы связывали с локальным резонансным действием приливных стоячих волн в атмосфере от лунных и солнечно-планетных факторов [1].
В 1989 году академик А.М. Обухов, директор Института физики атмосферы отмечал, что атмосфера является единым механизмом, крупномасштабные элементы которого (циклоны, антициклоны, фронты, струйные течения) находятся в тесной взаимосвязи. В принципиальном плане эти процессы объясняются исходя из гидродинамической модели струйных потоков. Однако неясна природа самих потоков и долгоживущих антициклонально-циклональных пар, теплых антициклонов на севере и холодных циклонов на юге [4]. Поэтому моделирование космо-атмосферных связей и экстраполирование их на будущее мы начинаем с ответов на вопросы академика Обухова.
Антициклонально-циклональная пара с теплым стационарным восточноевропейским антициклоном летом 2010 года была обусловлена факторами геофизической и космической природы. Антициклон 2010 года был почти аналогичен ситуациям 1972, 1921, 1365 годов. Такому углублению в прошлое помогает летопись необычайных явлений природы за тысячу лет Е.П. Борисенкова и В.М. Пасецкого [5]. Наше исследование показало, что трансформация «собственных» длинных волн атмосферы и формирование устойчивых локальных антициклонов и барических депрессий происходит в космогеорезонансных механизмах под влиянием приливообразующих сил и динамики межпланетного поля. При этом отчетливо проявляется каналовый механизм приливов. Понятие каналовых приливов связано с именем английского астронома Эри (середина 19 века), который указал на разное воздействие приливообразующих сил на водные массы в каналах, ориентированных вдоль параллелей либо меридианов Земли. В широтных каналах вод морей и океанов, условные стенки которых идут вдоль земных параллелей, действуют поступательные приливные волны, а в меридианных каналах, сужающихся к полюсам, меридиональные компоненты приливов вызывают стоячие волны.
Аналогичное действие приливообразующих сил Луны, Солнца, планетосолнечных факторов мы отмечаем при анализе карт гидрометеорологических аномалий в каналах атмосферы Земли. Компоненты приливных сил в Северном полушарии, направленные с юга на север, инициируют стоячие волны в воздушных и водных течениях, отклоняемых под действием силы Кориолиса к востоку по антициклональной траектории. Силы, действующие с севера на юг, вызывают бифуркацию потоков в восточной периферии антициклонов и ныряющие циклоны.
В нашем прогнозе, представленном на Всемирную конференцию по изменению климата (Москва, сентябрь 2003 г.), основанном на космогеофизической идентификации метеорядов по Центральной Англии, отмечался переход от фазы общего потепления к стабилизации температурного фона к 20-30-м годам текущего века [6]. Первостепенную роль в изменении температурного фона играют космические факторы, а локальное антропогенное воздействие накладывается на естественные колебания климата.
Изучение палеогеографических данных голоцена (около 11 тыс. лет) показало, что погодно-климатические изменения в прошлом были не менее значительными, чем в последние десятилетия. При углублении в еще более далекое прошлое можно отметить общность механизмов каналового приливообразования в атмосфере и океане от астрономических факторов при формировании климатических аномалий текущего времени, голоцена и плейстоцена. Изменение взаимного положения проекций МВР и АЗ, как приливообразующих факторов, позволяет объяснить полную амплитуду 10-12оС и характер колебаний температур в циклах похолоданий и потеплений за 420 тыс. лет. С помощью астрономической теории климата М. Миланковича [7] можно объяснить часть этой амплитуды и совершенно непонятны резкие переходы температур, например, от валдайского оледенения к теплому голоцену с подъемом уровня океана на 100 метров.
В наших космо-климатических моделях количественно описаны квази-100-тысячелетние температурные циклы плейстоцена и пространственно-климатические детали голоцена. Например, в меридианном канале атмосферы над Сибирью усиливаются резонансы стоячих волн от астрономических факторов сверхдолгого периода. Гребни волн вызывают устойчивый антициклон, а расположенные на 45о воронки - барические депрессии. Это приводит к притоку тепла на север в западной части антициклона и похолоданию в восточной периферии антициклона. Через тысячелетия конфигурации внешних факторов постепенно изменяются, и в настоящее время мы наблюдаем следы погребенных черноземов в Якутии и оледенения в Европе.
Долгопериодные плането-солнечно-обусловленные факторы модулируют полусуточные компоненты лунно-солнечных приливов. Результирующее влияние волн в атмосфере и океане складывается по принципу суперпозиции в резонансные сочетания в тех или иных районах Земли. В действии на атмосферу лунно-солнечных приливов проявляется эффект Этвеша, усиливающий циклоны и локализующий атмосферные фронты.
Проведенное исследование позволяет ответить на вопросы А.М. Обухова. Резонансы долгопериодных компонент стоячих волн в меридианных каналах Земли, модулирующих волны лунно-солнечных приливов, вызывают устойчивые струйные потоки и течения, приводящие к стационированию в атмосфере антициклонов и углублению смежных циклональных воронок. Это создает впечатление долгоживущих антициклонально-циклональных пар, проявляющихся в разных временных масштабах. В схемах астрогеомониторинга можно детализировать место и время проявления стационарных антициклонов, барических депрессий, волн тепла и холода, фаз
атмосферных осадков. Расчеты астрономических факторов приливов по законам небесной механики позволяют прогнозировать подобные ситуации в далеком будущем.
Упомянутый ниже «эффект колебаний солнечной активности» в действительности как бы растворяется в комплексе солнечно-планетообусловленных факторов. Солнечная активность сама является результатом резонансной модуляции планетами автоколебаний в фотосфере Солнца и каналового эффекта приливов. В нашей статье 1978 года издания [8] был дан сверхдолгосрочный прогноз солнечной активности, основанный на экстраполяции в будущее плането-солнечных связей, который к настоящему времени оправдывается. Это является дополнительной иллюстрацией того, что взаимное положение Солнца, планет и Луны определяет весь многоритмичный спектр характеристик межпланетного поля Солнца и приливообразующих сил на Земле, как внешних факторов формирования циркуляции атмосферы, океана, гидрометеорологических процессов.
Между тем группой экспертов по изменению климата заявлено более тысячи (!) диагностических подпроектов по моделям глобального потепления. Климатические модели базируются, в основном, на гидродинамических моделях циркуляции атмосферы. Авторы базовых моделей при этом считают, что главная роль в потеплении остается за человеком, и антропогенный фактор «в пять раз превышает эффект колебаний солнечной активности». Специалисты отраслей природопользования вынуждены ограничиваться подобными сценариями, в основном, векового потепления приземной атмосферы на 1,55,50С. Эти сценарии появились на рубеже 80-90-х годов [9], и с ними некоторые стали увязывать локальные гидрометеорологические аномалии. С. Шнайдер указал на ошибочность такого вывода, с чем мы вполне согласны [1,10]. По крайней мере, эта дискуссия не должна уводить от учета влияния реальных погодно-климатических условий на ежегодную практику отраслей природопользования.
В гидродинамических моделях циркуляционные процессы атмосферы рассчитываются исходя из внутригодового изменения температурных градиентов между полюсами и экватором, сушей и океаном. Под воздействием этих тепловых «машин» и силы Кориолиса в атмосфере возникают волновые циркуляционные колебания. Астроном и метеоролог А.В. Дьяков говорил о 8,6-суточных собственных волнах атмосферы [11]. Эти волны можно было бы отнести к автоколебаниям, но они в точности резонируют с 4-х секторной волновой структурой межпланетного поля Солнца.
С помощью гидродинамических моделей атмосферы практически невозможно построить реальные климатические сценарии, поскольку вековые гидрометеорологические ряды слишком коротки для проверки адекватности самих климатических моделей. Ограничена и заблаговременность прогнозов погоды по гидродинамическим моделям, которая, по мнению авторов этих моделей, никогда не превысит двухнедельного срока [12]. Это было сказано в 1987 году и остается справедливым в настоящее время. Прогнозы на основе гидродинамических моделей постоянно корректируются на новые начальные
условия, что связано с непредвиденным влиянием внешних факторов. Иногда это повторяется в течение суток. Только в этом помогают совершенные компьютеры и системы космического слежения.
Причины современного прогностического кризиса заключаются в грубых предположениях о стационарности гидрометеорологических рядов и грубейших допущениях о закрытости Земли от внешнего космического влияния (кроме солнечного тепла). Последующее применение «строгих» формул математической статистики и уравнений гидродинамики создает впечатление научных подходов к разрешению прогностической проблемы, а на деле закрывает саму возможность выхода из тупика, в который все более погружается официальная гидрометеорология.
Понимание космогеорезонансного механизма и каналового эффекта приливообразования в атмосфере и океане является основной научной предпосылкой сверхдолгосрочного прогнозирования аномалий климата, водности и продуктивности агросферы. Первые схемы геокосмических связей и основанные на них сверхдолгосрочные прогнозы были построены в 70-е годы прошлого века.
К весне 1971 года была рассчитана модель динамики водности в бассейне
оз. Чаны на базе данных за 1899-1971 гг., и экстраполирована в прошлое и на будущее для прогноза. Колебания уровня аппроксимированы суммой синусоид, отражающих сочетания астрономически обусловленных факторов. Данный прогноз был положен в обоснование локального регулирования уровня оз. Чаны. На основании прогноза Минрыбхоз РФ весной 1971 года принял окончательное решение об отчленении дамбами засоленного и безжизненного Юдинского плеса, составлявшего третью часть водоема. Дамбы построены Новосибирскрыбпромом под руководством С.С. Захарова и действуют с 1973 года. Автор доклада проводил надзор за ходом строительства. В результате отчленения Юдинского плеса на протяжении 40 лет сохраняется рыбохозяйственное значение крупнейшего водоема Западной Сибири, а большая часть отчлененного плеса превратилась в луга, используемые как сенокосы. Без локального регулирования уровня вся Чановская система была бы непроходимым болотом.
В 1989-1991 гг. мы провели оценку возможных изменений климата и его влияния на сельское хозяйство СССР. Работа выполнялась по заказу Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. На передний план выдвигалась задача прогнозирования аномалий климата и урожайности зерновых культур как интегральной характеристики увлажнения отдельных сельскохозяйственных лет. Были рассчитаны агроклиматические сценарии, в частности, прогноз на 1991-2025 гг. районов засушливых условий весенне-летних сезонов в полосе широт 45-55о земледельческой зоны страны. Ареалы засухи определялись по предвычислению взаимного положения проекций узла прецессии и апсиды (большой полуоси) лунной орбиты, на фоне проекций Солнца и планет-гигантов. Эти факторы являются основными в проявлениях стоячих волн в атмосфере и стационировании антициклонов.
В течение прошедших 20 лет данный прогноз оправдывается. Ближайшие к текущему времени максимальные проявления засухи в прогнозе обозначены в
2010 году в Поволжье (долготы 40-50°) и в 2011 году на юге Западной Сибири (77-88°). Современный прогноз агроклиматически обеспеченной урожайности зерновых культур в Алтайском крае на 2011-2015 гг. показывает соответственно: 9, 10, 8, 14 и 14 центнеров с гектара.
В течение последних 12 лет проводилась оценка достоверности прогнозов тепло-влагообеспеченности полей, агроклиматически обеспеченной урожайности культур, водности рек для территории Новосибирской области. Прогнозы с многолетней заблаговременностью рассчитывались на основе информации созданных архивов и экстраполяции в будущее геокосмических связей в моделях временных рядов. Все прогнозы показали свою практическую значимость.
Между тем в Министерстве сельского хозяйства РФ в 2009-м году рассматривалась экономико-математическая модель продовольственных рынков и был дан прогноз развития рынка пшеницы в России до 2017 года. Модель состояла из 10800(!) уравнений для 39 стран и 19 регионов мира. В этом прогнозе, очевидно, не предполагалось резких спадов урожайности из-за природных невзгод, и в 2010-м году зерновой рынок был буквально опрокинут в результате непредвиденной засухи. Сбор зерновых культур в России в 2010 г. составил около 60 млн тонн. Европейский антициклон фактически перечеркнул планы Минсельхоза.
Аграрной отрасли для планирования стратегии и ценовой политики в зернопроизводстве необходимы прогнозы агроклиматически обеспеченной продуктивности агросферы всей страны и ее отдельных регионов. Весной 2010 года мы дали прогноз до 2021 года валовых сборов зерна в России на площади 47 млн. га при современном уровне хозяйственного освоения агроклиматических ресурсов. На 2010 год прогноз составил 62 млн. тонн, на
2011 год 83 млн. тонн. Но он может быть уменьшен до 75-78 млн. тонн в результате последействия засухи 2010 года.
Для водохозяйственных отраслей также необходимы сверхдолгосрочные сценарии. В 2010 году были рассчитаны модели прогнозного изменения водности рек Обь-Иртышского бассейна на 20 лет. По этим сценариям возможно проведение водохозяйственных расчетов при обосновании схем комплексного использования водных объектов и адаптации их к естественным колебаниям водности. При моделировании природных колебаний учитывается возможное антропогенное влияние, связанное с регулированием стока, потерями на испарение с поверхности водохранилищ, водозаборами из бассейнов. Учитываются также интересы участников водохозяйственных комплексов - гидроэнергетики, коммунального, рыбного хозяйства, речного флота.
В докладе подробно рассматривается прогноз стока р. Иртыш в контексте с решением проблемы Алтайского водохозяйственного кластера.
В рамках методологии космогеоэкопрогноза также исследованы крупные аномалии в литосфере и техносфере Земли. В этот список попадает японское
землетрясение 11 марта 2011 года, эпицентр которого находился в зоне длительного напряжения, связанного с резонансными сочетаниями волн от долгопериодных компонент лунно-плането-солнечных факторов. Резонансы рассчитываются по специальным программам в прошлое и на будущее с практически неограниченной заблаговременностью.
Из планов на будущее следует отметить совершенствование схем астрогеомониторинга и космо-климатических моделей, нацеленных на предвычисление аномальных гидрометеорологических ситуаций на земном пространстве. В прикладном плане необходимо возобновление работы центра «Космогеоэкопрогноз» по следующим направлениям:
- На Федеральном уровне - включение прогностических схем в Международную аэрокосмическую систему глобального мониторинга на территории Союзного государства, стран ЕврАзЭС, других регионов мира, в целях упреждения чрезвычайных ситуаций в природной среде;
- На уровне Сибирского федерального округа - доработка технологии космогеоэкопрогноза для внедрения в отрасли сельского хозяйства, гидромелиорации, водного хозяйства, гидроэнергетики;
- На уровне субъектов РФ - разработка прогнозов увлажнения, водности, климатически обеспеченной продуктивности земель регионов в целях агроклиматической и водохозяйственной адаптации отраслей природопользования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Понько, В.А. Система «Экопрогноз» [Текст] / В.А. Панько // СО ВАСХНИЛ. - Новосибирск, 1996. - 95 с.
2. Понько, В.А. Введение в систему «Экопрогноз» [Текст] / В.А. Панько // «Новый век».- 2000. - 136 с.
3. Астрономический календарь. Постоянная часть [Текст]. - М.: Наука, 1973. - 728 с.
4. Обухов, А.М. Вихри и погода [Текст] /А.М. Обухов // Наука и человечество. - 1989.-№ 7 - С. 96- 112.
5. Борисенков, Е.П.Тысячелетняя летопись необычайных явлений природы [Текст] / Е.П. Борисенков, В.М. Пасецкий.- М.: Мысль,- 1988. - 524 с.
6. Метод геокосмических аналогий и модель изменчивости климата [Текст] / В.А. Панько, Н.Н. Завалишин, В.И. Зиненко, С.В. Хизаметдинов // Материалы Всемирной конференции по изменению климата. - 2003. - С. 508.
7. Миланкович, М. Математическая климатология и астрономическая теория колебаний климата [Текст]/ М.Миланкович. - М.;-Л.: ГОНТИ, 1939. -208 с.
8. Предстоящие изменения климата. Совместный советско-американский от чет о климате и его изменениях [Текст]. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 227 с.
9. Шнайдер, С. О глобальном потеплении [Текст]. /С. Шнайдер // Америка. -1991. - № 414. - С. 2-10.
10. Дьяков, А.В. Использование информации об активности Солнца в гидрометеорологическом прогнозировании на длительные сроки (1940-1972 гг.) [Текст] / А.В. Дьяков // Солнечно-атмосферные связи в теории климата и прогнозах погоды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - С. 307-313.
11. Понько, В.А. Предпосылки построения детерминированных моделей колебаний речного стока и уровня озер [Текст] / В.А. Панько // Модели природных систем. - Новосибирск: Наука, 1978.- С. 113-127.
12. Долгосрочное и среднесрочное прогнозирование погоды. Проблема и перспективы / под ред. Д. Бариджа, Э. Челлена. - М.: Мир, 1987. - 288 с.
© В.А. Понько, 2011
