Дэн Лант,

климатолог, Бристольский университет, Великобритания

Всегда приятно узнать, что завтра будет хорошая погода. Но что нам известно о мощных алгоритмах, стоящих за сводкой погоды, анализирующих огромные объемы данных об атмосфере, континентах и океанах? Эти сложнейшие модели объединяют физику жидкости, химию и биологию в виде математических уравнений. Они позволяют предсказать погоду, которая будет на этой неделе, или даже климат через десять лет или столетие, конечно, с учетом неопределенностей, связанных с отдаленными прогнозами (известных как индекс достоверности). Некоторые модели оказываются очень полезными для реконструкции климата в конкретные прошлые эпохи, например в юрский период.

Средиземье в ячейке

С практической точки зрения климатические модели делят Землю – или, скорее, ее атмосферу и океаны – на небольшие «ячейки» разного размера в зависимости от выбранной области. Затем информация по каждой «ячейке» обрабатывается с помощью уравнений термодинамики и движения жидкости. Эти уравнения учитывают различные переменные, такие как скорость вращения Земли или количество остаточного тепла, выделяемого нашей планетой, получающей энергию от Солнца. Одним из важнейших параметров модели является физическое представление моделируемой области, то есть топографическая или батиметрическая карта (в зависимости от того, идет ли речь о суше или море).

Давайте развлечемся, моделируя климат Средиземья! Для этого выберем модель Национальной метеорологической службы Великобритании под названием «HadCM3L» (сокращение от Hardley Centre Coupled Model, версия 3). Как и любая другая, эта так называемая модель общей циркуляции не идеальна: ее разрешение (количество «ячеек», которые она учитывает) ограниченно. Но у нее есть преимущество: она довольно быстро выполняет вычисления. Таким образом, она кажется вполне подходящей для успешного выполнения нашего упражнения.

Возьмем карту Средиземья, опубликованную Толкином (в 1954 году, затем в 1986 году; см. также атлас Фонстада, опубликованный в 1991 году). Отправной точкой для нашего исследования послужит карта Северного полушария во время Второй Эпохи Арды, на которой Средиземье представляет собой относительно небольшой регион.

Мы предполагаем, что климат Второй Эпохи в целом оставался неизменным и в течение Третьей Эпохи (более известный период, охватывающий приключения хоббита Бильбо и события «Властелина Колец»). Затем необходимо установить высоты, чтобы превратить эту базовую карту в моделируемую топографическую и батиметрическую 3D-карту. Для этого мы применим средние высоты в геоморфологии суши[125]: установим высоту холмов на уровне 2000 метров, гор на уровне 4000 метров, рек на уровне 100 метров (ниже они переходят в дельты, а выше – в водопады) и равнин на уровне 300 метров. Затем применим к этим значениям небольшие случайные вариации, так как природа не всегда выражается в круглых числах. Что касается глубин океанов, они рассчитываются в соответствии с постепенным удалением от береговой линии с максимальной глубиной дна 4000 метров. Результат представлен на рисунке 5 на вкладке.

После установки всех высот следующим шагом является преобразование «плоской» карты мира в 3D-карту, необходимую для нашего моделирования. Для этого применим стандартную проекцию в соответствии с сеткой равных долгот и широт, с отклонением в 0,5 градуса – предположим, что радиус мира Средиземья такой же, как у нашей планеты. Недостающие уголки этого изначально круглого мира представлены океанами. Мы также считаем, что вращение планеты Толкина такое же, как у Земли, с аналогичной инсоляцией (энергией, получаемой от ближайшей звезды).

Осталось только задать параметр «время», соответствующий периоду, в течение которого действует симуляция, и выполнимый в соответствии с доступным временем суперкомпьютера. Мы произвольно выбираем период в 70 лет. Поскольку климат также варьируется в зависимости от состава атмосферы, предположим, что в первые 50 лет этого периода концентрация CO2 в воздухе составляла 280 ppm (частей на миллион), что соответствует концентрации в доиндустриальный период на Земле. Затем история Средиземья сообщает об извержении Ородруина, и поэтому мы выбираем концентрацию CO2 в четыре раза выше, то есть 1120 ppm.

Толкин вызывает дождь и хорошую погоду

Результаты нашего моделирования весьма интересны (см. рисунки 6–9 на вкладке): они показывают четкую взаимосвязь между температурой и широтой, причем в северных регионах холоднее, чем в южных. Например, в северной части Фородвайта среднегодовая температура опускается ниже 0 °C, в то время как в Хараде («юг» на синдарине) она превышает 30 °C. В этом смысле климат Средиземья похож на климат Западной Европы и Северной Африки. Тут нет ничего удивительного, поскольку мы рассматривали страну Толкина как неэкваториальную зону (которая улавливает солнечные лучи под определенным углом), расположенную на виртуальной планете со слегка наклоненной осью вращения, как в случае с Землей. Таким образом, здесь ощущается влияние времен года. С другой стороны, в горах (например, Мглистые горы) холоднее, чем в более низких регионах, поскольку температура воздуха классически снижается с ростом высоты.

К востоку от Мглистых гор сезонность климата более выражена, как в Центральной Европе с ее довольно суровой зимой и более теплым летом. Однако зимы здесь холоднее, и лето менее жаркое. Следовательно, годовая температура становится все ниже по мере удаления от океанических масс.

Карта осадков в виде дождя и снега показана на рисунке 7 на вкладке. Наибольшее количество осадков выпадает к западу от горных районов. Эффект «дождевой тени» (или «климат убежища») защищает восточную часть этих высотных рельефов (например, восточный склон Мглистых гор): морские ветры, приносящие влажный воздух с запада, останавливаются у горных вершин и формируют облака, влага которых конденсируется то в дождь, то в снег на западном склоне. На восточной стороне воздух теряет влагу, поэтому осадки выпадают реже. Южные районы Средиземья (Харад и Южный Мордор) очень сухие, как в районе Сахары на Земле. Климат Мордора, жаркий и сухой, без особой растительности, очень суров даже без пагубного влияния Саурона. Для этих южных регионов характерны антициклонические циркуляции (воздух циркулирует сверху вниз) – часть так называемых больших «ячеек Хэдли», названных в честь астронома, выдвинувшего эту модель. Воздух, нагретый на уровне экватора, где угол падения солнечных лучей минимален, поднимается на большую высоту, попадает в тропики и, остыв, снова опускается в субтропики в виде антициклонов.

Карта ветров, представленная на рисунке 8 на вкладке, свидетельствует о сильных морских ветрах (дующих с запада на восток) в южных прибрежных районах, особенно в заливе Белфалас. Эти воздушные потоки пересекаются с восточно-западными ветрами из более северных регионов Средиземья. Именно из-за них корабли эльфов, отправлявшихся в Бессмертные земли (на запад), зафрахтованы в Серых Гаванях – регионе, где преобладают восточно-западные ветры с суши и, следовательно, условия более благоприятны для судоходства.

Наши предположения о растительном покрове Средиземья[126] также проверяются этой климатической моделью.

Отметим, что