Глобальное земное затишье

Причины ослабления ветров в приземном слое до конца не установлены, вероятно, из-за множества одновременно действующих факторов, которые к тому же могут изменяться во времени и пространстве. Учёные выделяют несколько ключевых причин, влияющих на замедление скорости ветра:

1. Увеличение шероховатости подстилающей поверхности (например, рост лесов, изменения в землепользовании и урбанизация) вблизи метеорологических станций, где анемометры измеряют скорость ветра, приводит к усилению силы трения, что, в свою очередь, ослабляет ветра в приземном слое^[7][8][9].
2. Изменчивость атмосферной циркуляции, связанная со сдвигом ячейки Хэдли в направлении полюсов^[10], а также со смещением центров действия атмосферы (то есть антициклонов и циклонов), которые управляют изменениями скорости ветров в приземном слое^[11][12][13].
3. Изменения в методике измерения скорости ветра, включая износ или дрейф показаний анемометров; технологическое совершенствование самих приборов; изменение высоты установки анемометров^[14]; перенос мест измерений; изменения окружающей среды вокруг метеостанций; проблемы с калибровкой приборов; а также различия в интервалах времени измерений^[15].
4. Глобальное затемнение, или снижение количества солнечной радиации, достигающей поверхности Земли, вызванное увеличением концентрации аэрозолей и парниковых газов, — способствует стабилизации атмосферы и, как следствие, ослаблению ветров^[16].
5. Были предложены и другие объяснения, например, увеличение влажности почвы^[17] и астрономические изменения^[18]. 

Однако точные причины глобального земного затишья все ещё не установлены из-за множества неопределённостей, связанных с этим явлением в разных регионах мира.

Глобальное земное затишье оказывает разное влияние в разных регионах планеты. Например, в высоких широтах^[19], прибрежных зонах^[20] и океанах была отмечена тенденция к увеличению скорости ветра. Независимые учёные, используя спутниковые измерения, зафиксировали глобальную тенденцию к увеличению скорости ветра за последние 30—40 лет^[21]. Однако современные исследования показали, что эта тенденция на суше изменилась. Также отмечается, что примерно с 2013 года скорость ветра повсеместно восстановилась или даже усилилась^[22][23]. Всё это создаёт неопределённость в понимании данного явления.

Большинство неопределённостей, касающихся обсуждений глобального земного затишья, связаны с несколькими факторами:

• ограниченной доступностью данных о скорости ветра — непрерывные измерения в большинстве случаев начинаются только с 1960-х годов;
• концентрацией исследований на регионах средних широт, где сосредоточено большинство станций с длительными временными рядами наблюдений^[3];
• низким качеством данных анемометрических измерений, на что указывает Пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК).

Низкое качество данных о скорости ветра объясняется прежде всего не климатическими, а методологическими факторами — такими как изменение практики наблюдений, перемещения метеостанций или изменение высоты установки анемометра. Такие факторы влияют на записи, поэтому они не отражают реальных изменений скорости ветра. Чтобы выявить и устранить возможные несоответствия в данных, были разработаны специальные методы и протоколы «гомогенизации» временных рядов скорости ветра^[12].

Современные исследования направлены на оценку и объяснение явления глобального земного затишья и сосредоточены на преодолении ограничений, связанных с короткой историей наблюдений и низким качеством данных о скорости ветра. В 2016—2018 годы действовала инициатива, финансируемая Европейским союзом — исследовательский проект STILLING^[24], цель которого заключается в восстановлении, гомогенизации и систематизации наиболее продолжительных и высококачественных рядов данных о скорости ветра по всему миру. В рамках проекта производился сбор архивных метеорологических записей, начиная с 1880-х годов, что позволило учёным получить информацию примерно за 130 лет — это на 80 лет превышает период, охватываемый предыдущими исследованиями, опубликованными в научной литературе^[24].

Более глубокое понимание ветрового климата прошлого имеет решающее значение для интерпретации современного феномена глобального земного затишья. Оно позволит определить, является ли замедление ветра следствием изменения климата или же аналогичные тенденции и циклы уже наблюдались в прошлом и могут повторяться в будущем. При наличии более длинных временных рядов становится возможным выявление десятилетних климатических циклов^[25].

Явление глобального земного затишья вызывает большой научный, социально-экономический и экологический интерес, поскольку даже незначительные изменения скорости ветра оказывают колоссальное влияние на атмосферную и океаническую динамику, а также на смежные области:

• возобновляемая энергия ветра^[25];
• сельское хозяйство и гидрология, связанные с суммарным испарением^[26];
• миграция видов растений, распространяемых ветром^[27];
• стихийные бедствия, вызванные ветром^[22];
• воздействие на море и побережье из-за штормовых нагонов и волн, создаваемых ветром^[28];
• рассеивание загрязнителей воздуха^[29].

Однако в области ветроэнергетики наблюдения скорости ветра у поверхности проводятся преимущественно на высоте около 10 метров над землёй, в то время как современные ветряные турбины устанавливаются на высоте примерно 60—80 метров. Поэтому необходимы дополнительные исследования именно на этих высотах. Кроме того, требуются более углублённые исследования на высокогорных участках, которые часто являются основными источниками пресной воды (так называемыми водными башнями)^[30][31]. Там скорость ветра, как показали наблюдения, снижается быстрее, чем на низких высотах^[32]. Несколько китайских исследований подтверждают эти тенденции для Тибетского нагорья^[33].

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Environmental Research Letters, снижение скорости ветра в Европе составляет менее 5 % в период с 2021 по 2050 год. Поскольку европейские государства стремятся перейти от использования ископаемых видов топлива и ядерной энергии к возобновляемым источникам, даже небольшие изменения скорости ветра могут иметь волновой эффект и создать угрозу для достижения климатических целей региона^[34].

В 2021 году Российская академия наук опубликовала доклад под названием «Изменение ветрового режима на территории России и аварийность воздушных линий электропередачи», в котором рассматриваются последние тенденции в изменении ветрового режима и их влияние на надёжность инфраструктуры энергосистемы^[35].

Авторы исследования, используя актуальные данные метеонаблюдений Росгидромета и статистику аварийности ПАО «Россети», провели комплексный анализ экстремальных скоростей ветра за последние сорок лет на территории нескольких регионов России, включая Кубань, Башкирию и Забайкалье. Результаты показали, что климатические изменения на территории страны привели к снижению максимальных скоростей ветра в исследованных регионах и, в свою очередь, способствовали уменьшению аварийности воздушных линий электропередачи, вызванной ветровыми нагрузками. Однако использование климатических моделей CMIP5 для анализа динамики этих изменений выявило перелом в сложившейся тенденции — в ряде регионов наблюдается рост максимальных скоростей ветра, что может привести к увеличению количества аварий в будущем^[35].