Рис. 1. Эволюция среднегодовой температуры (в градусах), усредненной по поверхности Земли, с 1880-го по 2003 год. За нуль шкалы принята температура в середине XX века. Голубая линия - наблюдения, черные линии - результаты отдельных сеансов моделирования, красная кривая - их среднее значение (изображение из статьи physics/0610109)
Глобальное потепление стало в последние годы неоспоримым фактом. Наблюдательные данные (см. рис. 1) свидетельствуют о повышении средней по планете температуры по сравнению с концом XIX века более чем на полградуса, причем основной рост пришелся на последние десятилетия. Имеется очень серьезное и обоснованное беспокойство, что существенный вклад в повышение температуры вносит человеческая активность на планете.
Полградуса - величина, казалось бы, очень небольшая, в особенности по сравнению с такими регулярными катаклизмами, как ледниковые периоды, когда среднегодовая температура падала на десяток градусов. Но ледниковые периоды наступают и отступают на масштабе тысячелетий, а эти полградуса - за несколько десятков лет. Достаточно повысить среднюю температуру на Земле еще на градус, и арктическая полярная шапка станет летом полностью таять. Повышение температуры на 2-3 градуса приведет, как сейчас считается, к глобальным климатическим изменениям, последствия которых будут не менее драматическими, чем от наступления ледникового периода. И наконец следует помнить, что земной климат обладает большой тепловой инертностью, из-за чего наиболее сильный отклик на антропогенные возмущения наступает не сразу, а спустя несколько десятков лет. Иными словами, мы только сейчас вступаем в фазу наиболее драматичных глобальных изменений климата, вызванных послевоенным индустриальным всплеском, и полградуса уже сейчас - это много.
Для предсказания дальнейшего развития ситуации необходимо вначале четко выявить причины глобального потепления. Конкретно, требуется построить модель, которая по имеющимся данным о воздействии на атмосферу, гидросферу и биосферу смогла бы вычислить тенденцию к изменению среднегодовой температуры и при этом не противоречить наблюдениям. Попытки построить такую модель, конечно, предпринимались неоднократно, но до сих пор их совпадение с реальностью было, в лучшем случае, посредственное. Проблема заключалась в слишком упрощенном описании атмосферных и гидросферных процессов, а также в учете слишком малого числа потенциально важных источников воздействия на климат.
К сожалению, такое положение вещей приводило к сомнению, отчасти справедливому, в реалистичности глобальных климатических прогнозов. Высказывались даже мнения, что глобальное потепление - это миф, выдуманный климатологами.
На днях в архиве e-принтов появились две статьи большой группы авторов из США и Франции, которые заслуживают самого внимательного изучения. В первой из них, physics/0610109, описываются детали разработанной ими климатической модели GISS ModelE и приводятся результаты моделирования глобальных изменений климата с 1880-го по 2003 год. Сравнение этих результатов с наблюдательными данными позволяет судить, насколько реалистично модель описывает динамику земного климата. Во второй статье, physics/0610115, эта же модель применятся для предсказания климатических изменений в ближайшие 100-200 лет и делаются выводы относительно опасности антропогенных воздействий.
В процессе выполненного авторами моделирования решалась, по существу, одна-единственная задача: как изменяется с течением времени температура атмосферы под действием ряда факторов. Основные результаты моделирования были представлены в статье в виде "карт повышения среднегодовой температуры". Однако кроме этого в рамках той же модели можно проследить и за изменением количества среднегодовых осадков, скорости ветров, покрытие льдами океанов и т. д. В статье эти параметры не были отражены, но их можно получить через интерактивную форму запроса на сайте Dangerous Human-Made Interference Transient Simulations, 1880-2100.
Предложенная авторами модель состоит в следующем. Вся земная поверхность разбивается на участки размером 4 градуса по широте и 5 градусов по долготе. На каждом участке атмосфера моделируется "стопкой" из 20 слоев разной толщины, простирающейся от поверхности Земли до стратосферы, а если участок попадает на океан, то аналогичная модель используется и для гидросферы. Затем строится модель вертикальной и горизонтальной тепло- и газопередачи, и самое главное - модель влияния тех или иных добавок в атмосферу на количество поступающей на Землю (то есть не отраженной обратно в космос) солнечной энергии.
В исследовании учитывались десять факторов, данные по которым за промежуток с 1880-го по 2003 год были собраны авторами из разных источников. Они включали концентрацию в атмосфере основных парниковых газов (CO2, N2O, CH4), паров воды, аэрозолей, их влияние на образование облаков, переменчивость солнечной активности, изменения, связанные с землепользованием (в основном, уменьшение лесного покрова в средних широтах) и т. д. Стоит отметить, что в статье подробно обсуждается каждый из этих факторов, особенности его моделирования и его влияние на климат, так что статья может использоваться и как справочник по методам численного моделирования воздействий на климат.
Этот список, конечно, не исчерпывает все потенциально важные факторы, влияющие на земной климат. Кроме этого, сама модель во многих аспектах является чрезвычайно упрощенной. Например, в ней не учитываются эффекты обратной связи, которые особенно важны для Северной Атлантики и приарктических областей (см., например, заметку Роль случайности в закономерности изменений климата). Всё это должно привести к некоторым расхождениям между результатами моделирования и метеорологическими наблюдениями. И действительно, авторы отмечают, например, что в их модели количество осадков над бассейном Амазонки получается на 20% меньше, а облачный покров над центральной Азией и западе США - на 25% меньше, чем в реальности. Эти расхождения приводят к существенным отклонениям климата в данном регионе, однако в глобальном масштабе эволюция земного климата воспроизводится этой моделью очень хорошо.
Рис. 2. Предсказанная эволюция среднегодовой температуры вплоть до 2200 года в различных сценариях экономической деятельности (изображение из статьи physics/0610115)
В сопутствующей статье physics/0610115 авторы применяют построенную модель для предсказания климатических изменений в XXI веке. Предсказания делаются для целого ряда сценариев экономической деятельности будущего: сценарии "бизнес как обычно" (A2 и A1B), ряд сценариев с пониженным выбросом парниковых газов (B1 и 2-degree-scenario) и, наконец, так называемый "альтернативный сценарий", отличающийся резким смещением экономики в сторону природоохранных технологий. На рис. 2 приведен один из результатов моделирования: эволюция среднегодовой температуры в ближайшие два века для указанных выше сценариев экономической деятельности.
Общие выводы статьи таковы:
- Более реалистичной оценкой для начала опасных изменений следует признать потепление не на 2-3, а на 1-2 градуса.
- Антропогенные воздействия уже сейчас являются доминирующим фактором потепления. Если экономическая ситуация не изменится, то глобальное потепление на 1 градус произойдет уже к 2050 году. К 2100 году в отдельных регионах температура повысится по сравнению с сегодняшним днем на 5-10 стандартных отклонений (под стандартным отклонением можно в данном случае понимать типичную вариацию температуры в данном регионе из года в год), что безусловно является катастрофическим изменением.
- Резкое снижение выбросов парниковых газов, в первую очередь углекислого газа, способно удержать дальнейший рост температуры в XXI веке в пределах одного градуса. Это позволит существенно смягчить силу грядущих глобальных климатических изменений. Даже в самых уязвимых регионах потепление не будет превышать 2 стандартных отклонений.
Эти выводы, конечно, не новы, но на сей раз за ними стоит гораздо более серьезное обоснование, чем когда-либо ранее. На основании результатов моделирования авторы утверждают, что глобальные изменения климата в ближайший век уже неизбежны: "точка, за которой нет возврата", уже пройдена. Однако пока что сохраняется возможность удержать эти изменения в умеренных рамках.
См. также: RealClimate - информационный сайт, посвященный обсуждению глобальных климатических изменений.
|
ua
ru
