Климатическое изменение Земли

     Парниковые  газы также хорошо перемешиваются в  атмосфере. В результате парниковый эффект не зависит от места конкретного  выброса СО2 или иного газа. Фактически любой локальный выброс оказывает  только глобальное действие и уже  глобальный эффект порождает вторичные  эффекты, которые сказываются на климате того или иного конкретного  места.

     Аэрозоли. Аэрозоли – мелкие частицы, размером в несколько десятых долей микрона, которые находятся в атмосфере во взвешенном состоянии. Они образуются в результате химических реакций между газообразными загрязняющими веществами, от лесных пожаров, сельскохозяйственной деятельности, от выбросов предприятий и транспорта. Аэрозоли делают нижние слои тропосферы (до 10 км) более мутными и рассеивают свет, что понижает температуру приземного слоя атмосферы. Кроме того, аэрозоли усиливают облачный покров, что также приводит к охлаждению. Обычно аэрозоли находятся в атмосфере недолго, при наличии осадков, например, около недели. Поэтому действие аэрозолей достаточно локально.

     Изменения в землепользовании и урбанизация. За последние 150-250 лет из-за изменений в землепользовании значительно сократилось количество биомассы и почвенного углерода, а, значит, и запас углерода в наземных экосистемах в целом. В результате в атмосферу поступило большое количество СО2. Резко сократилась площадь лесов, прежде всего, в тропиках. Выпас все большего количества скота в развивающихся странах, особенно, в Африке, привел к деградации пастбищ. Все это повлияло не только на местный климат, но и внесло свой отрицательный вклад в глобальные процессы. Для многих территорий угроза опустынивания, связанная с локальными явлениями (вырубка лесов, истощение запасов подземных вод, чрезмерный выпас скота и т.п.) усиливается последствиями глобального изменения климата (например, большей частотой засух, ливневым характером выпадающих осадков).

     Способствовала  изменению климата и урбанизация. Сейчас в городах живет примерно половина населения планеты. Город  с населением в 1 миллион человек  в день “производит” 25 тыс. тонн СО2 и 300 тыс. тонн сточных вод. Кроме  этого, в больших городах температура  воздуха выше на несколько градусов из-за большого количества “горячих”  объектов: зданий, машин, и т.п. В развитых странах, находящихся в теплом климате, на кондиционирование воздуха расходуется  больше энергии, чем на отопление. То есть борьба с потеплением с помощью  кондиционеров приводит к еще  большему потеплению.  

     3. Главные наблюдаемые  изменения 

     Температура. Большое количество независимо проведенных наблюдений подтверждает, что за ХХ век общее повышение температуры приземного слоя воздуха составило 0,60С. На бытовом уровне измерения температуры воздуха это кажется ничтожной величиной. Но для огромного количества измерений за последние 150 лет и большого количества косвенных данных за предыдущие столетия такое изменение – значительно и статистически значимо, что наглядно видно на графике из последнего отчета Всемирной метеорологической организации. Статистическая точность выявленного изменения ±0,20С, что также неплохо для такого рода процессов.

     Постоянно и быстро растет концентрация в атмосфере  СО2. За последние десятилетия ее рост во много раз превысил сезонные и межгодовые колебания.

     По  свидетельству ВМО: “все большее  количество палеоклиматических данных свидетельствует, что темпы и  продолжительность потепления в  ХХ веке больше, чем в любой иной период за последнюю тысячу лет. Девяностые годы ХХ века являются, вероятно, самым теплым десятилетием тысячелетия в Северном полушарии. Самым жарким годом за весь период измерения температуры был 1998 г., а 2001 г. занял второе место”.

     Возрастают  как максимальные, так и минимальные  среднесуточные температуры, однако минимальные  температуры возрастают – “теплеют”  более быстрыми темпами. По вертикальному  профилю атмосферы потепление неравномерно, измерения радиозондов и спутников  показывают, что тропосфера и поверхность  Земли стали теплее, а стратосфера  несколько холоднее.

     Осадки, снежный и ледовый  покров, уровень моря. Продолжается увеличение осадков в средних и высоких широтах Северного полушария (кроме восточной части Азии). Паводки стали наблюдаться даже в тех местах, где дождь -- редкое событие. Уменьшается объем (площадь и толщина) льдов в Арктике, однако изменение льдов в Антарктиде пока не существенно. За последние 45-50 лет арктический морской лед стал тоньше почти на 40% (по состоянию на конец лета, начало осени).

     Наблюдается явное увеличение сильных и экстремально сильных явлений, связанных с  осадками. Типичным стало более позднее  образование льда и более ранний ледоход на реках и озерах, сокращение размеров ледников и таяние вечной мерзлоты.

     Наводнения  и засухи, нередко сопровождающиеся гибелью урожая и лесными пожарами, стали более частыми, причем это  нельзя объяснить ростом численности  населения планеты или “освоением”  новых земель.

     Повышение среднего глобального уровня моря в  среднем за ХХ век находится в  пределах 1-2 мм в год, что на первый взгляд кажется незначительной величиной. Но это больше показателей ХIХ  века и, вероятно, в 10 раз превышает  среднюю величину повышения уровня моря за последние 3000 лет. С другой стороны, нет убедительных свидетельств изменения  характеристик штормов.

     Развитие  явления Эль-Ниньо (двухгодичная циркуляция атмосферы и океана в южной  части Тихого океана) еще с середины 1970х годов стало необычным  по сравнению с предыдущей сотней лет.

     По  некоторым оценкам, более четверти коралловых рифов во всем мире разрушены  в результате потепления воды. Если такая тенденция продолжится, то большая часть коралловых рифов  погибнет через 20 лет. За последние  несколько лет в наиболее сильно пораженных районах, таких как Мальдивские  и Сейшельские острова, яркие  цвета потеряли до 90% коралловых рифов, что является очень негативным признаком.  

     4. Будущий климат 

     Предсказуемость и моделирование. Климатическая система Земли содержит в себе элементы, зависящие от многих случайных величин, поэтому подробный прогноз погоды в среднем возможен только на срок до двух недель. Однако сами процессы циркуляции атмосферы и океана уже удается довольно детально описывать с помощью математических моделей. Они основываются на физических законах и явлениях, все они, включая и парниковый эффект, имеют достаточно строгое описание с точки зрения физики атмосферы и океана. Уравнения, описывающие эти законы, совместно “решаются” на пространственной сетке земной атмосферы и океана. В последние 25 лет для развития таких моделей было предпринято множество усилий и достигнут большой прогресс, кардинально изменилась вычислительная техника. В результате модели “умеют” воспроизводить динамику атмосферы и океана, облака и осадки, образование и таяние снежного покрова и морских льдов. Таким образом, можно смоделировать “средний” климат или набор его наиболее вероятных состояний на тот или иной год при заданных входных параметрах. В число входных параметров, конечно, входит и концентрация в атмосфере парниковых газов и ряд естественных факторов, в частности, вулканическая деятельность.

     В результате, с помощью моделей  ученые способны неплохо описать  ход изменения климата с доиндустриальной эпохи и до наших дней, более  того, модели позволяют “расщепить”  естественные и антропогенные факторы. Расчеты с учетом только естественных причин и только антропогенных причин показали, что наилучшая точность достигается только при учете  всех этих факторов, а также, что, начиная  примерно с 1960 года, антропогенные факторы  вносят главный вклад в изменение  климата в целом. Если взять только естественные причины, то с 1970х годов  ХХ века модельные кривые кардинально  отличаются от данных наблюдений. Если же взять только антропогенные причины, то модельные кривые “лезут вверх” почти так же как и данные наблюдений.

     Источник : МГЭИК, 2001, ВМО 2003 

     Рис.2. Сравнение результатов моделирования  глобальной приземной температуры  Земли и данных наблюдений 

     Межправительственная  группа экспертов  по изменению климата. В 1988 году мировое сообщество ученых объединило усилия по исследованию проблемы изменения климата, создав Межправительственную группу экспертов по изменению климата (МГЭИК или IPCC) – орган, работающий под “зонтиком” двух организаций ООН: ЮНЕП и Всемирной Метеорологической Организации (ВМО). Это фактически постоянно действующий форум нескольких тысяч ученых, включая и десятки российских (О. Анисимов, И. Башмаков, Г. Голицын, Г. Груза, Ю. Израэль, И. Кароль, К. Кобак, В. Котляков, И. Мохов, Г. Менжулин, С. Пегов, С. Семенов, О. Сиротенко и многие другие), практически всех, кто с разных сторон занимается данной проблемой: климатологов, экологов, экономистов и энергетиков. Этот форум носит официальный характер, представители правительств всех стран-членов ООН одобряют официальные доклады МГЭИК до их выхода в свет. Поэтому тем более важно, что в первом же основополагающем докладе – “Первом оценочном докладе”, вышедшем в 1990 году, ученые пришли к единому выводу: идет рост концентрации СО2, он вызван человеческой деятельностью и может привести к существенному изменению климата.

     Во  “Втором оценочном докладе”, вышедшем в 1995 г., ученые подтвердили этот вывод в намного более утвердительных формулировках, а в “Третьем оценочном докладе” (IPCC 2001 г.) содержится однозначный вывод о том, что происходящие изменения климата в основном обусловлены деятельностью человека. МГЭИК продолжает свою работу, призванную обобщить все научные результаты и заранее предупредить Мировое сообщество о наличии или отсутствии тех или иных эффектов изменения климата, их влиянии на экосистемы и человека, путях снижения антропогенного воздействия на климатическую систему. Сейчас готовится “Четвертый оценочный доклад” МГЭИК, который планируется завершить в 2007 г.

     Сценарии. МГЭИК был разработан пакет сценариев развития событий в зависимости от выбросов парниковых газов, роста населения, применения более эффективных технологий и экономического роста в целом. На базе этих сценариев были сделаны модельные расчеты прогнозных сценариев роста средней температуры на период до 2100 г.

     Прежде  всего, рост температуры будет идти как минимум так же быстро, как  и в последние десятилетия  ХХ века. Размах прогнозов роста  – от 1,4 до 5,80С к концу текущего столетия. При этом 2-30С выглядит наиболее вероятно (предполагается, что  человечество немало предпримет для  сдерживания изменения климата). Такое потепление очень значительно, ведь это только средние цифры. Вероятно, это беспрецедентное изменение  за последние 10000 лет.

     Практически во всех районах суши вероятно большое  количество жарких дней и периодов сильной жары. Ожидается рост числа  и силы экстремального выпадения  осадков. В различных районах  мира на местном уровне ожидается  значительное повышение и понижение  количества осадков. В целом предполагается рост содержания водяного пара, испарения  и осадков на глобальном уровне. Ожидается повышение уровня моря, но пока прогноз весьма неопределен  – от 10 до 90 см. Однако заметим, что  повышение уровня на 50-90 см далеко не мало, это вызовет разрушение многих береговых сооружений и прибрежную эрозию, засоление питьевой воды и  т.п.

     Оценка  риска в целом. МГЭИК были оценены риски и последствия при разных сценариях. Говоря о рисках в целом, они рассматривались для нижнего и верхнего диапазона изменений температуры к концу ХХI века, то есть для общего потепления примерно на 1,5-20С и на 4-50С. В лучшем случае риску вымирания подвергнутся только некоторые уникальные и находящиеся сейчас в опасности экосистемы. Риск от увеличения числа экстремальных явлений будет в любом случае, но при большем потеплении он многократно возрастает. При меньшем глобальном потеплении проблемы затронут лишь часть регионов планеты, а в худшем случае затронут подавляющее большинство регионов. В лучшем случае экономические последствия могут быть смесью негативных и позитивных (во всяком случае, для ряда регионов), а в худшем случае последствия будут строго отрицательны.

     Продовольствие  и здоровье населения. Говоря о более конкретных негативных последствиях, МГЭИК, прежде всего, выделяет продовольственную безопасность. Изменения климата приведут к снижению потенциальной урожайности в большинстве тропических и субтропических регионов. При росте же средней глобальной температуры более, чем на несколько градусов, будет и снижение урожайности в средних широтах (что, увы, не сможет быть скомпенсировано изменениями в высоких широтах). В первую очередь пострадают засушливые земли. Увеличение концентрации СО2 потенциально может быть позитивным фактором, но скорее всего будет с лихвой “скомпенсировано” вторичными негативными эффектами, особенно там, где сельское хозяйство ведется экстенсивными методами.