Опубліковано результати реалістичного моделювання глобального потепління в найближчі два століття.

Вперше побудована реалістична модель еволюції глобального клімату, яка з належною точністю описує дані спостереження за останнє століття. На її підставі передбачені зміни клімату в найближчі два століття.

Еволюція середньорічної температури Землі з 1880 по 2003 роки

Рис. 1. Еволюція середньорічної температури (у градусах), усередненої по поверхні Землі, з 1880 по 2003 роки. За нуль шкали прийнята температура в середині XX століття. Блакитна лінія - спостереження, чорні лінії - результати окремих сеансів моделювання, червона крива - їхні середні значення (зображення зі статті physics/0610109)

Глобальне потепління стало в останні роки незаперечним фактом. Данні спостережень (див. мал. 1) свідчать про підвищення середньої по планеті температури в порівнянні з кінцем XIX століття більш ніж на півградуса, причому основне зростання прийшлося на останні десятиліття. Є дуже серйозне й обґрунтоване занепокоєння, що істотний внесок у підвищення температури вносить людська активність на планеті.

Півградуса - величина, здавалося би, дуже невелика, особливо в порівнянні з такими регулярними катаклізмами, як льодовикові періоди, коли середньорічна температура падала на десяток градусів. Але льодовикові періоди наступають і відступають на масштабі тисячоріч, а ці півградуса - за кілька десятків років. Досить підвищити середню температуру на Землі ще на градус, і арктична полярна шапка стане влітку повністю танути. Підвищення температури на 2-3 градуси приведе, як зараз вважається, до глобальних кліматичних змін, наслідки яких будуть не менш драматичними, чим від настання льодовикового періоду. І нарешті, варто пам'ятати, що земний клімат має велику теплову інертність, через що найбільш сильний відгук на антропогенні збурювання наступає не відразу, а через кілька десятків років. Іншими словами, ми тільки зараз вступаємо у фазу найбільш драматичних глобальних змін клімату, які викликані післявоєнним індустріальним сплеском, і півградуса вже зараз - це багато.

Для передбачення подальшого розвитку ситуації необхідно спочатку чітко виявити причини глобального потепління. Конкретно, потрібно побудувати модель, що за наявним даними про вплив на атмосферу, гідросферу й біосферу змогла б обчислити тенденцію до зміни середньорічної температури й при цьому не суперечити спостереженням. Спроби побудувати таку модель, звичайно, здійснювались неодноразово, але дотепер їхній збіг з реальністю був, у найкращому разі, посередній. Проблема полягає в занадто спрощеному описі атмосферних і гідросферних процесів, а також в обліку занадто малого числа потенційно важливих джерел впливу на клімат.

На жаль, таке положення речей приводило до сумніву, почасти справедливому, у реалістичності глобальних кліматичних прогнозів. Висловлювалися навіть думки, що глобальне потепління - це міф, вигаданий кліматологами.

Днями в архіві e-принтів з'явилися дві статті великої групи авторів зі США та Франції, які заслуговують самого уважного вивчення. У першій з них, physics/0610109, описуються деталі розробленої ними кліматичної моделі GISS Model і приводяться результати моделювання глобальних змін клімату з 1880 по 2003 роки. Порівняння цих результатів з даними спостережень дозволяє судити, наскільки реалістично модель описує динаміку земного клімату. У другій статті, physics/0610115, ця ж модель застосуються для передбачення кліматичних змін у найближчі 100-200 років і робляться висновки щодо небезпеки антропогенних впливів.

У процесі виконаного авторами моделювання вирішувалося, власне кажучи, одне-єдине завдання: як змінюється з часом температура атмосфери під дією ряду факторів. Основні результати моделювання були представлені в статті у вигляді "карт підвищення середньорічної температури". Однак крім цього в рамках тієї ж моделі можна простежити й за зміною кількості середньорічних опадів, швидкості вітрів, покриття льодом океанів і т.д. У статті ці параметри не були відбиті, але їх можна одержати через інтерактивну форму запиту на сайті Dangerous Human-Made Interference Transient Simulations, 1880-2100.

Запропонована авторами модель полягає в наступному. Вся земна поверхня розбивається на ділянки розміром 4 градуси по широті та 5 градусів по довготі. На кожній ділянці атмосфера моделюється "стопкою" з 20 верств різної товщини, що простягається від поверхні Землі до стратосфери, а якщо ділянка попадає на океан, то аналогічна модель використовується і для гідросфери. Потім будується модель вертикальної й горизонтальної тепло- і газопередачі, і саме головне - модель впливу тих або інших добавок в атмосферу на кількість сонячної енергії, яка надійшла на Землю (тобто не відбитої назад у космос).

У дослідженні враховувалися десять факторів, дані за якими за проміжок з 1880 по 2003 ріки були зібрані авторами з різних джерел. Вони включали концентрацію в атмосфері основних парникових газів (CO₂, N₂O, CH₄), водяного пару, аерозолів, їхній вплив на утворення хмар, мінливість сонячної активності, зміни, пов'язані із землекористуванням (в основному, зменшення лісового покрову в середніх широтах) і т.п. Варто відзначити, що в статті докладно обговорюється кожний із цих факторів, особливості його моделювання і його вплив на клімат, так що стаття може використовуватися і як довідник щодо методів чисельного моделювання впливів на клімат.

Цей список, звичайно, не вичерпує всі потенційно важливі фактори, що впливають на земний клімат. Крім цього, сама модель у багатьох аспектах є надзвичайно спрощеною. Наприклад, у ній не враховуються ефекти зворотного зв'язку, які особливо важливі для Північної Атлантики та приарктичних областей (див., наприклад, замітку Роль випадковості в закономірності змін клімату). Все це повинне привести до деяких розбіжностей між результатами моделювання та метеорологічних спостережень. І дійсно, автори відзначають, наприклад, що в їхній моделі кількість опадів над басейном Амазонки становить на 20% менше, а хмарний покрив над центральною Азією й заході США - на 25% менше, ніж у реальності. Ці розбіжності приводять до істотних відхилень клімату в даному регіоні, однак у глобальному масштабі еволюція земного клімату відтворюється цією моделлю дуже добре.

Еволюція середньорічної температури Землі до 2200 р.

Рис. 2. Передбачена еволюція середньорічної температури аж до 2200 року в різних сценаріях економічної діяльності (зображення зі статті physics/0610115)

У супутній статті physics/0610115 автори застосовують побудовану модель для прогнозування кліматичних змін в XXI столітті. Прогнозування робляться для цілого ряду сценаріїв економічної діяльності майбутнього: сценарії "бізнес як звичайно" (A2 й A1B), ряд сценаріїв зі зниженим викидом парникових газів (B1 й 2-degree-scenario) і, нарешті, так званий "альтернативний сценарій", що відрізняється різким зсувом економіки убік природоохоронних технологій. На мал. 2 наведений один з результатів моделювання: еволюція середньорічної температури в найближчі два століття для зазначених вище сценаріїв економічної діяльності.

Загальні висновки статті такі:

Більше реалістичною оцінкою для початку небезпечних змін варто визнати потепління не на 2-3, а на 1-2 градуси.
Антропогенні впливи вже зараз є домінуючим чинником потепління. Якщо економічна ситуація не зміниться, то глобальне потепління на 1 градус відбудеться вже до 2050 року. ДО 2100 року в окремих регіонах температура підвищиться в порівнянні із сьогоднішнім днем на 5-10 стандартних відхилень (під стандартним відхиленням можна в цьому випадку розуміти типову варіацію температури в даному регіоні рік у рік), що безумовно є катастрофічною зміною.
Різке зниження викидів парникових газів, у першу чергу вуглекислого газу, втримає подальший ріст температури в XXI столітті в межах одного градуса. Це дозволить істотно пом'якшити силу прийдешніх глобальних кліматичних змін. Навіть у самих уразливих регіонах потепління не буде перевищувати 2 стандартних відхилень.

Ці висновки, звичайно, не нові, але цього разу за ними стоїть набагато більш серйозне обґрунтування, чим коли-небудь, раніше. На підставі результатів моделювання автори затверджують, що глобальні зміни клімату в найближче століття вже неминучі: "межа, за якою немає повернення", уже пройдена. Однак поки що зберігається можливість утримати ці зміни в помірних рамках.

Див. також: RealClimate - інформаційний сайт, присвячений обговоренню глобальних кліматичних змін.

Ігор Іванов, Елементи

версия на русском

| 27.10.2006 13:53