Люди и кибернетика - Н Моисеев

К сожалению, мы можем только гадать и строить гипотезы. Вот одна из них.

Климат определяется не только характером воздушных течений, но и течениями в океане. И климат Восточной Европы и Западной Сибири, в частности, во многом определяется течением Гольфстрим. Около берегов Кольского полуострова, точнее, в районе устья Белого моря он делает резкий поворот на север и уходит от берегов Советского Союза, не в силах прорваться через мелководья, которые отделяют Баренцево море от Карского. Из-за этого Карское море всегда одето в ледяной панцирь. А огромный сток реки Оби понижает его соленость, что только увеличивает мощность морского льда.

В результате над Карским морем и севером Западной Сибири формируются массы холодного воздуха. Над Баренцевым морем картина совершенно иная здесь зона пониженного давления, а в таких зонах гораздо теплее.

В этом районе возникают большие градиенты температур и давлений, вызывающие зарождение северо-восточных ветров. Они блокируют атлантические циклоны, что и определяет засушливый климат равнин, прилегающих к Уралу, и степной зоны южнее Уральского хребта.

В период максимума голоцена этого холодного "карского заслона", по-видимому, не было. Атлантические циклоны проникали далеко на восток, оттесняя сибирский антициклон к Тихому океану, создавая умеренную влажную зону в тех местах, где сейчас лежат барханные пески. Такая ситуация могла бы возникнуть, если бы Гольфстрим смог прорваться в Карское море. Значит, либо мощность Гольфстрима в ту пору была иной, либо изменилась как-то топография шельфовой зоны Баренцева и Карского морей. Можно лишь предположить, что имела место первая причина. Воды Мексиканского залива, наверное, в ту пору нагревались сильнее, и на север устремлялась более нагретая струя Гольфстрима.

Если это так, то ключ от климата великих степей Евразии лежит у берегов Мексики и Кубы.

Наш рассказ, наверное, убедил читателя в том, что проблемы управления климатом отдельных районов понастоящему трудны. На интуитивном уровне и на уровне традиционных географических рассуждений ответить на многие вопросы, которые ставит практика, действительно невозможно. В то же время природопреобразующая деятельность человека не только продолжается, но и усиливается. И перед человечеством встает грандиозная задача управления этой деятельностью. Но для этого необходимо прежде всего научиться оценивать ее эффекты. Ведь они становятся такими, что оказывают воздействие на само существование человечества. И чтобы выявить степень этого воздействия, без кибернетики не обойтись.

Так кибернетика общественного развития поднимает перед естественными науками новые беспрецедентные проблемы. Как начинать исследования подобных проблем? Какова должна быть при этом отправная позиция?

Занимаясь этими вопросами в Вычислительном центре Академии наук СССР, мы пришли к однозначному утверждению: "Путь к решению частных проблем лежит через общее". Так учил нас еще академик В. Вернадский. Только создав фундаментальные климатические модели планеты в целом, можно будет более или менее правильно оценивать климатические изменения, вызываемые антропогенными факторами, и построить математический аппарат, создать тот инструментарий, который позволил бы описать различные управляющие воздействия. То есть не индуктивный путь исследования частных проблем и переход от них к общим схемам, а путь дедукции: от общей модели климата планеты к решению частных вопросов регионального управления. Биосфера это единый организм, а, как говорят медики, надо лечить не болезнь, а самого больного. Как это делать, мы и расскажем в следующем разделе.

МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛИМАТА ПЛАНЕТЫ

Общие точки зрения являются всего лишь исходной позицией. Конечно, если позиция выбрана неверно, то добиться успеха почти невозможно. Но от ее выбора до выигрыша сражения очень не близко. Сказав, что нам необходима общая модель климата, мы только ставим проблему. А дальше начинается неизвестное. Что должна представлять собой климатическая модель планеты, какие требования должны быть к ней предъявлены и что, в конце концов, мы должны понимать под словом "климат"?

Ответить на подобные вопросы отнюдь не просто.

И наши ответы будут в значительной степени субъективны, ибо они отражают определенную позицию, к изложению фрагментов которой мы и переходим.

Мы будем опираться на то определение климата, которое было предложено советскими учеными А. Мониным и Ю. Шишковым. Они считают, что климат - это "статистический ансамбль состояний, которые проходит система "океан - суша - атмосфера" за период времени в несколько десятилетий".

В этом определении отражена роль трех компонентов, вносящих основной вклад в состояние окружающей среды: инерционного океана, легкой неустойчивой атмосферы и наиболее подверженной человеческому влиянию суши.

Модель климата должна опираться на две базовые модели - модель гидродинамики атмосферы и модель гидродинамики океана. Их выбор - очень важный этап исследования, имеющий своей целью решение задач управления. Не создание новых, а именно выбор, потому что специалисты по метеорологии и океанологии уже разработали многочисленные модели подобного рода.

И задача тех, кто разрабатывает управленческий инструментарий, состоит прежде всего в выборе уже существующих и очень разных моделей, их стыковке между собой и их адаптации для целей управления, то есть превращения их в инструмент кибернетического анализа.

Этот выбор отнюдь не прост, ибо модели должны удовлетворять многочисленным требованиям, зависящим от целей исследования и возможностей анализа. Во-первых, они должны быть достаточно просты, чтобы оказаться доступными для вычислительных средств; но, с другой стороны, эти модели должны быть и достаточно детализированы, чтобы с их помощью кибернет мог делать заключения о влиянии климата на хозяйственную деятельность людей и выбирать такой образ поведения, который в наибольшей степени отвечал бы интересам всех людей планеты.

Например, чтобы решить вопрос о переброске стока рек, исследователь должен иметь возможность с помощью модели оценивать сезонные значения средней температуры, интенсивность фотоактивной радиации, количество осадков и многое другое. И что интересно, информация, характеризующая отклонение этих величин от их средних значений (то есть соответствующие величины аномалий и дисперсий), также является существенной при разработке стратегий активного поведения общества.

Требования к модели климата должны включать в себя и "уровень разрешения". Модель климата для кибернета что микроскоп для естествоиспытателя. Человеческий глаз может отличать одну деталь от другой лишь в том случае, если их размеры не менее одной десятой миллиметра. Такова его "разрешающая способность". Уже первый микроскоп позволил увидеть микробы. Разрешающая способность современного оптического микроскопа в тысячи раз больше, а электронный микроскоп позволяет различать частицы, отличающиеся друг от друга на миллионные доли миллиметра. И в зависимости от объекта исследования экспериментатор выбирает микроскоп, обладающий той или иной необходимой силой разрешения.

Так и при изучении природных явлений мы должны согласовать разрешающую способность модели климата с нашими потребностями и задачами. Чересчур "сильная" модель потребует больше времени для своего анализа. Модель же малой разрешимости может не заметить и упустить важные детали. Для исследования региональных особенностей климата и обоснованных оценок продуктивности естественных и искусственных ценозов модель климата должна различать на поверхности земли квадраты размерами порядка 4-5 градусов по широте и долготе. Только в этом случае можно достаточно хорошо выделить основные промышленные и сельскохозяйственные регионы, например отличить климат Поволжья от климата Центральной России. Кроме того, модель должна допускать реальную возможность анализа эволюции климата в течение нескольких десятилетий.

Проведя с этих позиций сравнение имеющихся в нашем распоряжении многочисленных моделей глобальной циркуляции атмосферы, мы в ВЦ АН СССР остановили свой выбор на одной американской модели (так называемой модели Гейтса - Минца - Аракавы). Эта гидротермодинамическая модель атмосферы была создана в интересах прогноза погоды, но для подобных целей она оказалась чересчур грубой, поскольку это, по существу, двухслойная модель тропосферы и она не учитывает целый ряд деталей, важных для предсказания погоды на ближайшее время. Для наших же целей ее точность была более чем достаточна. Нас устраивало, что она учитывает не только реальное распределение материков и океанов, но и распределение горных систем, характер ледяного и снежного покрова и т. д.

Эта модель обладала еще одним достоинством - она давала весьма полную картину источников и стоков энергии, которые формируются в атмосфере за счет солнечной радиации и фазовых переходов воды, содержащейся в атмосфере и в подстилающей поверхности, в пар, в лед, в снег или в воду. Это очень важное достоинство модели. В самом деле, перенос влаги, сопровождаемый испарением и конденсацией воды, возникновением и исчезновением облаков, играет колоссальную роль в механике и энергетике атмосферы. Достаточно сказать, что на испарение затрачивается около трети всего поглощаемого планетой солнечного тепла.