Передбачалося також, що сонячна система стала істотно і періодично змінюватися протягом геологічного часу, тобто, що Сонце поводилося, як змінна зірка. Перевірити таку гіпотезу, однак, неможливо.
Передбачалося, що Земля в різні періоди свого життя проходила через області світового простору з різним вмістом міжзоряної речовини, що, по-різному поглинаючи сонячну радіацію, знову-таки змінювало опромінення Землі.
Тепер представляється більш ймовірним те, що геологічні зміни клімату залежали не від змін у загальному потоці сонячної радіації, а від змін у сонячній активності, котрі якимось способом змінювали систему загальної циркуляції атмосфери. Перевірити, чи дійсно сонячна активність відчуває циклічні зміни, порівняні по тривалості з геологічними періодами, неможливо.
Геологічні зміни клімату зв'язувалися також із змінами утримання вуглекислого газу і вулканічного попелу в атмосфері, із змінами хмарності, із процесами усередині земної кори, із змінами солоності океанів і ін. Жодна з гіпотез не є досить достатньою для пояснення холодних або теплих періодів в історії Землі, хоча, може бути, деякі з передбачуваних причин внесли свій внесок у загальну картину змін клімату.
Більш реальними причинами змін клімату були, мабуть, зміни земної поверхні: зміна розмірів і взаємного розташування материків і океанів, гороутворення, підняття великих ділянок суші, зміна системи океанічних течій і ін. Зрозуміло, що в зв'язку з геоморфологічними змінами відбувалися зміни в складово тепловому балансі земної поверхні, у загальній циркуляції атмосфери, умовах кругообігу води, а отже, і в кліматі. Вірогідніше за все, сильні зміни клімату були результатом спільної дії як позаземних (зміни в припливі радіації до Землі та у сонячній активності), так і геоморфологічних чинників.
Отже, в далекому минулому на різних ділянках земної кулі холодні клімати змінювалися жаркими, сухі - вологими внаслідок впливу різноманітних факторів. І ці зміни клімату мають місце і в історичний час, аж до сьогодення.
3. Історичні дані про кліматичні коливання до нової ери на переломі тисячоліть
Зміни клімату за історичний період мали характер коливань із ритмічністю порядку декількох сторіч. На тлі вікових коливань відбувалися коливання більш короткочасні. У загальному за історичну епоху клімат можна вважати стійким, він лише коливався біля середнього рівня. За цей період не було таких істотних змін у розподілі суші і моря, в орографії, у розміщенні полюсів, що могли б мати значення для змін клімату. Тому можна впевнено зв'язувати історичні зміни клімату з чинниками позаземного походження, особливо зі змінами в сонячній активності.
Останні 1-2 тис. років клімат характеризувався невеликими коливаннями в порівнянні з тими, які мали місце в минулому, при переході від міжльодовикових до льодовикових періодів. Однак і за цей період відзначалися помітні коливання клімату.
Історичні хроніки поряд з непрямими даними містять інформацію, відповідно до якої напередодні нашої ери (в 900-300 р. до н.е.) спостерігався холодний субатлантичний період. Сніжна лінія в горах повсюдно істотно понизилася, включаючи райони Близького Сходу й Екваторіальної Африки. Ряд суворих зим, що супроводжувалися замерзанням ріки Тибр, відзначався в Італії в 398, 396, 271 й 177 р. до н.е.
Римські письменники Сасерно (батько й син) писали, що в останнім сторіччі до нашої ери зими в Італії були дуже суворими й викликали серйозні ускладнення при виробництві вина й оливків. В ІII й II ст. до н.е. відзначалося посилення льодовиків в Альпах. У центральній і північно-західній частинах Європи зареєстровані суворі зими на початку нашої ери. Так, холодні зими в Англії були зареєстровані в 134, 173, 207, 221,231, 359 й 505 р. н.е.
Іншим проявом суворості клімату напередодні й на початку нашої ери в Північній Європі є збільшення повторюваності штормових умов погоди. Найсильніші шторми відзначалися в VI ст. до н.е. й I ст. н.е. Відомі сильні повені на узбережжях Ютландії й північному заході Німеччини, які привели до міграції кельтів і тевтонських племен із цих районів. У період між 750-500 й 300-100 р. до н.е. у Північно-Західній Європі спостерігався вологий клімат. Приблизно в VIII-XIII ст. клімат повсюдно став порівняно теплим (цей період одержав назву малого кліматичного оптимуму).
Найбільш теплий період під час малого кліматичного оптимуму в Північній Америці, на європейській частині країни, у Гренландії припадає, очевидно, на 950-1200 р. н.е. У Європі найбільш теплий період відзначався між 1150-1300 р.
Потепління клімату в період малого кліматичного оптимуму привело до танення льодовиків, відступу полярних льодів. У результаті древні вікінги на своїх легких суденцях плавали в Гренландію й заснували там свої поселення.
Головними джерелами відомостей про епоху вікінгів є древньоскандінавскі перекази, або саги. Згідно із цими переказами, приблизно 700 р. н.е. ірландські ченці відкрили Фарерські острови, а в середині VIII ст. ними ж була, очевидно, уперше відкрита Ісландія.
Близько 800 р. норвезький вікінг Грим Камбан зробив набіг на Фарерські острови й захопив їх. У перекладі з норвезького Фарерські означає овечі. У той час на цих островах паслися череди диких овець, береги були покриті рослинністю. Ісландія ж була покрита льодом і снігом і тому названа Країною льодів.
У той час температура на узбережжі Гренландії в липні-серпні досягала, очевидно, близько 9 С, у січні -7 С.
Історичні хроніки дозволяють відновити інформацію про клімат деяких європейських країн.
Так, в Італії між 200 р. до н.е. й 170 р. н.е. відзначався вологий клімат. За цей час на ріці Тибр зафіксовано 22 роки з повенями, при цьому в деякі роки повені відзначалися й на інших ріках Італії. У той же час за цей період зареєстровано тільки дві посухи, одна з яких була в 181 р. н.е. Після 174 р. н.е. й аж до 489 р. н.е. клімат в Італії став сухішим. За цей час відзначено тільки два роки з повенями. Після 489 р. в Італії знову відзначається повернення до більш вологого клімату. Так, у період між 489 й 717 р. було зареєстровано вже 18 повеней. Між 583 й 590 р. відзначалися дощові роки з повенями в Ельзасі й Німеччині.
Між 800-900 р. н.е. зареєстровані повені в Німеччині, Італії, Англії, Франції. У період між 950 1150 р., тобто в період настання малого кліматичного оптимуму, відзначається деякий коливальний період, коли сухі роки з посухами змінювалися вологими роками з повенями. Так, сильні посухи зареєстровані в 988-1000 р. в Англії й Німеччині. У цей же час відзначався низький рівень води в ріках північної частини Альп.
Великий інтерес представляє інформація про коливання рівнів закритих водойм. Так, коливання рівня Каспійського моря відбиває зміна балансу води не тільки в районі Каспійського моря, але й у всьому басейні рік, що харчують його. У теплі й порівняно сухі періоди з малою кількістю опадів у басейні р. Волги рівень Каспійського моря знижується. У холодні, вологі й дощові періоди приплив води істотно перевищує випаровування з поверхні моря, і рівень підвищується. У зв'язку із цим зареєстровані коливання рівня моря повинні узгоджуватися з іншими непрямими показниками клімату, що характеризують у першу чергу режим температури, опадів і циркуляції атмосфери.
Після короткочасного підйому рівня напередодні 2-го тисячоріччя під час малого кліматичного оптимуму рівень Каспійського моря був найнижчим. Приблизно таким же низьким він був в IV-IX ст. Потім він став підвищуватися, досягнувши максимальної величини в період малого льодовикового періоду. У період чергового потепління клімату рівень Каспійського моря став різко падати.
Коливання клімату за останні кілька тисяч років дуже добре характеризують стан льодовиків в Ісландії та Hopвегії за останні 10 тис. років, між 8000 р. до н.е. і приблизно 3000 р. до н.е. відбулося різке танення льодовиків. Воно тривало приблизно до 1000-800 р. до н.е. Потім на границі нашої ери відбулося різке збільшення товщини льодовиків, пов'язане з похолоданням клімату. Похолодання було зареєстровано багатьма джерелами й в інших районах земної кулі й, очевидно, було повсюдним.
Слідом за цим наприкінці 1-го тисячоріччя н.е. відбулося чергове потепління клімату (малий кліматичний оптимум), що відзначалося не тільки в північному, але й у південній півкулі. Судячи з непрямим даних, потепління відзначалося також і на Американському континенті.
У всіх названих країнах зима настільки сувора, що вісім місяців там панує нестерпна холоднеча. Море тут і весь Боспор Кіммерійський замерзають, так що скіфи, що живуть по цю сторону рову, виступають у похід по льоду й на своїх візках переїжджають на ту сторону до землі сиднів. Такі холоди тривають у тих країнах вісім місяців, та й інші чотири місяці не тепло. Це свідчило про винятково холодний клімат Північного Причорномор'я й Криму в першій половині V ст. до н.е.
Одним з найважливіших кліматичних індикаторів, що несуть одночасно важливу інформацію про середньорічні й середньосезонні температури, є кількість штормів на морі, причому відомо, що епохам похолодань відповідає більше інтенсивна штормова діяльність й, отже, більша кількість аварій кораблів.
За свідченням одного з перших римських письменників, Лівія Андроника (280-204 р. до н.е.), клімат його епохи відрізнявся суворими зимами, під час яких замерзав Тибр і сніг лежав протягом багатьох днів. У той же час на околицях Рима виростали букові ліси, які до середини I ст. н.е., за свідченням Плиния, стали вважатися елементом холодолюбної гірської флори. У цей час в Італії бук росте тільки в горах на висоті до 1500-2000 м.
Наступне в Ш ст. до н.е. похолодання було зареєстровано не тільки в Середземномор'ї, але й у Китаї. Отже, у Ш ст. до н.е. у районі сучасного м. Сиань, де розташовувалася столиця Цинської держави, були відзначені люті морози, при яких загинула велика кількість людей (239 р. до н.е.), і сильні снігопади, при яких висота сніжного покриву досягала 74 см (226 р. до н.е.). Цікаво, що до цього подібні екстремальні явища не відзначалися тут протягом більш ніж двох сторіч. Тенденція до похолодання підсилилася у двох наступних сторіччях, на що вказує різко зросле число згадувань (з 2 до 11) про сильні морози й снігопади, а також про посухи й градобої, що супроводжуються у Північному Китаї в періоди похолодань.
Луций Юній Модерат Колумелла, римський автор (близько 30-60 р. н.е.), звертав увагу на необхідність стежити за змінами клімату й пристосовувати до них методи оброблення землі. На підтвердження своїх слів він посилався на книгу батька й сина Сазернов по сільському господарству (нині втрачену), написану на початку I ст. до н.е., у якій указувалося, що в той час вирощування винограду й оливок у Центральній Італії було досить скрутним.
У роботах різних римських авторів зберігся ряд свідчень про сильні посухи, час від часу, що вражали північно-африканські провінції. Так, протягом п'яти років, що передували відвідуванню імператором Адріаном Африки в 128 р., у провінціях не випадало ні краплі дощу.
Встановлено наступне: частота посух і пилових бур, а також зимових гроз різко зростає після 260 р. н.е. і досягає максимуму в V-VI ст., після чого швидко іде на спад. Про різке погіршення природних умов у північно-західному Китаї в середині I тис. говорить також той факт, що між Ш и VI ст. близько 20 квітучих міст цієї області прийшли в занепад і були назавжди покинуті своїми жителями.
Взагалі, історичні хроніки IV - початку VII ст. зберегли численні свідчення надзвичайно холодної погоди в Європі й Візантії - регулярно й на кілька місяців покривалися льодом Дунай, Рейн, Рона, Маас, Темза й інші ріки, причому товщина льоду була достатньої, щоб витримувати вагу армій, що переправляються.
Історія зміни температури Північної півкулі добре погоджується з усіма представленими історичними свідченнями і ясно демонструє, що клімат у досліджуваний період випробовував значні коливання: від надзвичайно холодної епохи залізного віку до теплої й вологої епохи римського часу, а потім до наступного нового похолодання часів великого переселення народів, однак менш значному, чим попереднє.
Уже наступне похолодання, що наступило незабаром після 330 р. до н.е., збігається з великим періодом китайської філософії й культури - досить назвати такі імена, як великий письменник стародавнього періоду Чжуанцзи (369-286), перший поет Китаю Цюй Юань (348-278), теоретики конфуціанства Сюньцзи (313-238) і Мэнцзи (372-289), легизму - Хань Фэйцзи (288-233) і ін. У це же самий час на іншому краї ойкумени, в елліністичному Єгипті створюється найбільша в той час Олександрійська бібліотека, а при дворі Птолемеїв появляється спеціальна установа для вчених (Мусейон); будується одне з "семи чудес світу" - Фаросский маяк.
Таким чином, епоха ранніх цивілізацій, безумовно, характеризується настільки значними змінами клімату, що вони безсумнівно, повинні були вплинути на всі без винятку аспекти людської діяльності.
4. Погода і клімат
Погодою називають сукупність атмосферних процесів і метеорологічних величин, які характеризують фізичний стан атмосфери в певний момент або проміжок часу. Закономірні зміни погоди - це режим погоди. Погода характеризується наступними метеорологічними елементами: сонячна радіація, тривалість сонячного сяяння в годинах, температура повітря і поверхні ґрунту, вологість повітря, атмосферний тиск, вітер, хмарність, опади - кількість, кількість днів з опадами, види опадів, час випадання, сніговий покрив, горизонтальна видимість, наземні опади та інші атмосферні явища - іній, паморозь, ожеледиця, гроза, тумани, полярні сяйва, веселка, кола й вінці навколо Сонця і Місяця.
Спостереження за елементами погоди проводяться синхронно на метеостанціях всього світу через кожних три години за гринвіцьким часом. Результати спостережень передаються телеграфом, телефоном або за допомогою радіозв'язку в організації Служби погоди для складання синоптичних карт. Служба погоди виникла в зв'язку з потребою в своєчасній інформації населення, адміністративних і господарських установ про стан погоди, її зміни і передбачення умов погоди на майбутній час. Служба погоди складається з сітки синоптичних станцій і центрально-республіканських, обласних, портових та інших бюро погоди.
Відомості про метеоелементи передаються в Гідрометеорологічні центри в зашифрованому вигляді. Цифрами та значками ці дані наносять на синоптичні карти погоди, які складають 4 рази на добу або за кожний термін спостережень. Нині карти складають тільки в основних гідрометеоцентрах і передають за допомогою факсимільної передачі або комп'ютерного зв'язку в регіональні гідрометеоцентри. На синоптичних картах показують такі синоптичні об'єкти, як розподіл тиску, повітряні маси і фронти, розташування і властивості атмосферних хвилювань, характер і поширення хмарності та опадів, розподіл температури тощо.
Головною метою синоптичного аналізу є передбачення погоди. Прогноз на 1-2 доби називають короткостроковим, а на тиждень, декаду, місяць, сезон - довгостроковим. Для передбачення погоди на 1 добу потрібні відомості на території всієї країни або материка, на 2 доби - відомості про всю півкулю, а на 3 доби - відомості про стан атмосфери на всій Земній кулі.
При передбаченнях погоди користуються передусім методом екстраполяції в часі й просторі на підставі зіставлення синоптичних карт. Іноді уточнюються результати за картами багатьох попередніх років виходячи із законів динаміки і термодинаміки атмосфери.
Короткострокові передбачення не вільні від помилок, але в цілому вважаються задовільними. Можливості поліпшення точності передбачення шукають у введенні обчислювальних методів прогнозу за допомогою електронно-обчислювальних машин, але в більшості випадків вони стосуються лише баричного поля. Прогноз погоди великої завчасності ґрунтується на доборі синоптичних карт - аналогів за минулі роки виходячи з міркувань, що атмосферним процесам властива ритмічність. Так складають прогнози на місяць. Важче скласти прогноз на сезон, оскільки потрібно аналізувати збурення полів температури і тиску на всій земній кулі.