Полная версия

Главная arrow География arrow Климатология

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

КЛИМАТ XXI В.

Наиболее яркая особенность современного климата — глобальное потепление. Его объясняет теория антропогенного влияния, связывающая повышение температуры с ростом концентрации в атмосфере парниковых газов. Развитие цивилизации на Земле в XX и XXI вв. происходит таким образом, что рост концентрации парниковых газов будет (по крайней мере какое-то время) увеличиваться, что должно повлечь за собой дальнейшее развитие потепления.

Быстрые изменения климата и инициируемые ими изменения окружающей среды делают актуальным решение проблемы прогноза состояния климата. Методологической базой является теория климата, на основе которой построены математические модели климатической системы (см. параграф 7.1), служащие инструментом осуществления прогноза. Доверие к ним основано на том, что в компьютерных экспериментах удается правильно моделировать основные черты колебаний климата как в период инструментальных наблюдений, так и в течении всего последнего тысячелетия, а также воспроизводить палеогеографические события. Развитие моделирования климата и климатического прогноза производится в мире различными организациями, координируемыми Межправительственной группой экспертов (IPCQ, работающей под эгидой ВМО. Это реализуется, в частности, организацией международных проектов, направленных на моделирование климата. Наиболее известные из них — проекты семейства CMIP (Coupled Model Intercomparison Project), последовательные фазы которого {CMIP 3, CMIP 5, CMIP в) являются важными этапами развития науки о климате.

Для осуществления моделирования изменений климата требуется задание временного хода (сценария) показателей, определяющих изменения. Это сама по себе сложнейшая задача, поскольку, например, для оценки воздействия стратосферных аэрозолей на климат требуется перспективный прогноз деятельности вулканов (поставляющих в стратосферу сернистый газ, служащий сырьем для производства аэрозолей), методика которого не разработана. Для задания аномалий инсоляции на В ГА нужен прогноз светимости Солнца, однако и с этим имеются серьезные проблемы. Наконец, календарь антропогенно обусловленных эмиссий газов и аэрозолей, а также темпов и способов преобразования поверхности суши, может быть составлен, если известны наперед темпы демографии, особенности развития мировой экономики (включая возможные технологические достижения, переходы на альтернативное топливо и др.), будущее политическое устройство мира и т.д. Задача получения такой информации выглядит неразрешимой, если учесть, к тому же, что многое в социально-экономическом процессе само зависит от состояния окружающей среды и климата.

Ситуация, однако, облегчается тем, что для получения именно информации о выбросах в окружающую среду климатически значимых веществ в первом приближении достаточно знания лишь некоторых общих тенденций развития природы и общества. Кроме того, естественную неопределенность информации можно хотя бы частично преодолеть, развивая не один, а набор сценариев от «мягкого» до «жесткого».

Такого типа сценарии развивались с конца 1980-х гг. группой экспертов IPCC. Вариант, представленный в 2000 г., имел название «Special Report on Emissions Scenarios», поэтому данные материалы получили название «сценарии SRES». Они имеют буквенно-цифровое обозначение. Основные — А, А2, В1 и В2, однако, есть и более сложные комбинации.

Методика их разработки была следующей. Сначала создавался перспективный социально-экономический сценарий. В его рамках задавались темпы и интенсивность функционирования специфических отраслей производства, устанавливался календарь эмиссий парниковых газов и аэрозолей и изменения концентраций. Эти временные ряды и предназначались для ввода в климатические модели.

Буква «Л» в аббревиатуре означает, что приоритетом мирового социально-экономического развития является экономика, а буква «В» нацеливает вектор развития на сбережение окружающей среды. Цифра «1» характеризует приоритет мировых интересов, а «2» означает учет в первую очередь интересов регионов и отдельных стран. Самый «жесткий» сценарий — это А2. В нем мир представлен разобщенным, в котором каждая страна решает свои проблемы без какой-либо общепланетной координации. Это интенсивное развитие экономики с небольшим учетом требований защиты окружающей

среды. Сценарий В2 ориентирован на устойчивое развитие каждого региона, с грамотным решением его экологических проблем.

Другой подход, который интенсивно развивается в последнее десятилетие, основан на том, что климатический и социально-экономический сценарии развиваются вместе, итерационно совершенствуя друг друга. Для этой цели используются так называемые интегральные оценочные модели (Integrated assessment model), описывающие динамику основных показателей состояния человеческого общества. Они включают в себя, в том числе, и простые модели климата (калиброванные по данным полных моделей), для выработки общих оценок будущего состояния климата. Сценарий строится как траектория последовательных состояний, приводящая в итоге (в конце XXI в.) за счет действия эмиссий и преобразования поверхности земли к определенной аномалии радиационного воздействия на ВГА. По этому признаку можно оценивать необходимые изменения промышленности, сельского хозяйства и др., требуемые для того, чтобы его достичь. Эти траектории (Representative concentration pathways, RCPs) и есть сценарии развивающихся во времени внешних воздействий. Предполагается, что к конкретной аномалии приводит единственный путь. В конце концов, было выбрано четыре сценария, которые отражают минимальное, максимальное и промежуточные антропогенные воздействия на климат XXI в. (табл. 7.2). Цифры, входящие в аббревиатуру есть итоговое изменение радиационного баланса на ВГА.

Таблица 7.2

Основные климатические сценарии RCP и соответствующие им аномалии в последнее двадцатилетие XXI в.

Название

Радиационное воздействие (Вт/м2) в 2100 г.

Особенности

поведения

Аномалия

глобально

осредненной

температуры

(°С)

Площадь многолетних морских льдов Арктики (млн км2)

Превы

шение

уровня

Мирового

океана

(м)

RCP8.5

8,5

Рост до 2100 г.

4,0

0

0,75

RCP6.0

6,0

Стабилизация к 2100 г.

2,5

0,5

0,47

RCP4.5

4,5

Стабилизация к 2100 г.

1,8

2,5

0,47

RCP2.6

2,6

Максимум в 2035 г., затем уменьшение

1,0

4,0

0,40

В сценарии RCP2.6 предполагается, что эмиссии увеличиваются до 2020 г., а затем убывают. По данному сценарию, радиационное воздействие достигает максимума (3 Вт/м2) в 2035 г., а затем убывает до 2,6 Вт/м2 к 2100 г. В сценариях RCP4.5 и RCP6.0 эмиссии увеличиваются до 2050 и 2080 гг. соответственно, а затем начинают уменьшаться. В сценарии RCP8.5 рост эмиссий ослабевает после 2050 г., но продолжается до 2100 г.

Если сравнить сценарии SRES и RCP, то можно отметить их близость. Например, А2 по своим климатическим проявлениям напоминает RCP8.5, а В - RCP2.6.

Рассмотрим результаты климатического прогноза на XXI в. На рис. 7.14 показаны прогнозируемые изменения глобально осред- ненной температуры при двух сценариях, а в табл. 7.2 даны средние значения аномалий в 2081—2100 гг. по всем четырем сценариям. По жесткому сценарию рост средней по планете температуры в конце столетия достигает 4°С, а по самому мягкому температура увеличится на ГС. Несмотря на то, что эмиссии в сценарии RCP2.6 начинают уменьшаться еще в первой трети столетия, аномалия, достигнутая в это время, остается стабильной на протяжении следующих нескольких десятилетий. В этом запаздывании отклика важную роль играет то, что сокращение эмиссий не означает такого же мгновенного сокращения концентрации парниковых газов в атмосфере (особенно таких инерционных, как С02 и N20). Кроме того, важна и инерционность океана, который, нагревшись, не позволит системе быстро вернуться в исходное состояние.

Аномалии глобально осредненной температуры воздуха у поверхности по данным измерений (ср. рис. 7.10), а также прогнозируемые в XXI в. аномалии в соответствии с контрастными сценариями RCP8.5 и RCP2.6

Рис. 7.14. Аномалии глобально осредненной температуры воздуха у поверхности по данным измерений (ср. рис. 7.10), а также прогнозируемые в XXI в. аномалии в соответствии с контрастными сценариями RCP8.5 и RCP2.6.

Затемнена область, в которой диапазоны неопределенности прогноза пересекаются

Важной особенностью является то, что аномалии, принадлежащие к столь, казалось бы, разным сценариям, долгое время неразличимы — фактически, кривые начинают значимо расходиться только во второй половине XXI в. Отсюда следует важный практический вывод о том, что в первой половине столетия не стоит пытаться искать ответа на вопрос, по какому конкретному пути (из намеченных RCPs) развивается климат.

Географическое распределение аномалий температуры демонстрирует, что при всех сценариях наблюдается повсеместное потепление — исключением является только один небольшой регион Северной Атлантики, в котором аномалия равна нулю (см. рис. 15 Это следствие уменьшения межширотного переноса тепла океанской циркуляцией. Большие аномалии в Арктике связаны с деградацией морского ледяного покрова, которая, в свою очередь, ускоряет повышение температуры. Для RCP8.5 многолетние льды исчезнут уже к середине столетия (т.е. в конце северного лета Арктика будет полностью освобождаться ото льда), а в условиях RCP2.6 их площадь уменьшится в два раза по сравнению с современной и станет стабильной. Уровень Мирового океана будет увеличиваться, поскольку рост температуры верхних слоев океана приводит к расширению слоя воды и, следовательно, также к росту уровня. Кроме того, вода освобождается при таянии ледников (см. ниже). Масштабы этого процесса различны: для RCP8.5 к концу XXI в. подъем составит ~75 см, а для RCP2.6 — ~45 см (рис. 7.15). Диапазоны неопределенности в каждом случае значительны, причем они пересекаются на всей области прогноза.

Аномалии осадков отличает большая неоднородность (см. рис. 15 (2^2)), причем областей с незначимыми аномалиями гораздо больше в RCP2.6 по сравнению с RCP8.5. Это следствие того, что аномалия в «мягком» сценарии гораздо меньше по абсолютной величине, чем в «жестком», поэтому ее сигнал менее заметен на фоне одной и той же естественной изменчивости. Этот факт подчеркивает важное обстоятельство методологии моделирования изменений климата: легче моделировать отклик на большие возмущения, поскольку имеется больше шансов получить статистически значимую реакцию, т.е. иметь результат, который далее можно продуктивно интерпретировать, использовать для прикладных расчетов и оценок.

Для примера обратим внимание на то, что аномалии осадков значимы в Средиземноморье и Черноморском регионе. Ожидаемое уменьшение осадков отражает то, что траектории атлантических циклонов сместятся к северу. Факт уменьшения здесь осадков вместе

с ростом температуры (см. рис. 15 (f/~4~') однозначно означает усиление засушливости.

Аномалии уровня Мирового океана, прогнозируемые в XXI в. в соответствии с контрастными сценариями RCP8.5 и RCP2.6

Рис. 7.15. Аномалии уровня Мирового океана, прогнозируемые в XXI в. в соответствии с контрастными сценариями RCP8.5 и RCP2.6.

Затемнена область, в которой диапазоны неопределенности прогноза

пересекаются

В большинстве регионов тропиков, в том числе и в районах тропических муссонов, аномалии осадков незначимы — это означает, что они не так велики, как их естественные межгодовые вариации.

Увеличение осадков и рост температуры ожидается в умеренных и высоких широтах Евразии и Северной Америки. Трудно без специального исследования решить вопрос о том, что будет происходить с общим состоянием увлажнения, т.е. что будет преобладать — засушливость или переувлажнение. Так, в центральной части и особенно на юге Восточно-Европейской равнины ожидается, как показано В.М. Евстигнеевым, существенное снижение речного стока (рис. 7.16), выраженное, в том числе, в сокращении объема весеннего половодья.

Под влиянием прогрессирующего потепления будут происходить изменения в структуре криолитозоны. Они многоплановы: это изменения общей площади, отдельных видов мерзлоты (островной и сплошной), глубины сезонного протаивания. Изучение данного феномена затрудняется тем, что в динамике вечной мерзлоты серьезную роль играют не только климатические факторы, но также тип растительности и состояние грунта. Все модели продемонстрировали эффект деградации вечной мерзлоты, однако межмодельный разброс привел к некоторым вариациям результатов. Так, если использовать в качестве показателя общую площадь криолитозоны, то диапазон модельных оценок темпов изменений варьирует от -2 до -4% за 10 лет.

зоо

Относительное изменение годового речного стока к середине XXI в

Рис. 7.16. Относительное изменение годового речного стока к середине XXI в. в долях от значений базисного периода (1961-1990 гг.) на территории Восточно-Европейской равнины (а) и Западной Сибири (б) по ансамблю климатических моделей CMIP3

Изменения климата сказываются на состоянии горного оледенения — их общепланетарная деградация, отмеченная как характерная тенденция современного климатического режима, продолжится в условиях потепления XXI в. Гренландский ледниковый щит будет интенсивно деградировать на всех краевых участках. Для Антарктиды такого однозначного вывода сделать нельзя. Тут ожидается как таяние (на Антарктическом полуострове, например), так и, наоборот, приращение объема льда, причем почти по всей периферии. При объяснении этого феномена следует иметь в виду, во-первых, то, что таяние происходит при стремлении температуры перейти через 0°С — тогда избыток тепла тратится на таяние. В условиях Антарктиды потепление на несколько градусов на большей части ее территории не может изменить общей картины холодного континента. Во-вторых, потепление в высокоширотном регионе сопровождается проникновением теплых атмосферных фронтов и усиленной циклонической деятельностью. При этом сами циклоны могут и не приносить тепла к поверхности, так как в процессе окютюдирования теплая воздушная масса теряет контакт с поверхностью. В то же время выпадающие осадки способствуют наращиванию объема снега.

Для Мирового океана прогнозируется повышение кислотности воды. Как известно, морская вода слабощелочная, среднее значение pH в 2000 г. оценено как ~8,1. Расчеты на моделях климата показали, что в рамках сценария RCP8.5 pH к 2100 г. понизится до —7,8. Эти изменения окажутся существенны для функционирования некоторых морских экосистем, в высокой степени чувствительных к кислотности среды.

В заключение остановимся еще раз на неопределенности результатов. Она имеет разные источники, и их воздействие различно при разной заблаговременности прогноза. Во-первых, это погрешности, вносимые неизвестностью пути мирового развития, а отсюда возникает неопределенность в эмиссиях, концентрациях и преобразовании поверхности. Однако различия между сценариями становятся заметны не сразу, а только по прошествии нескольких десятков лет эволюционного пути, в более близких моментах времени аномалии близки и интервалы доверительных значений перекрываются.

Второй источник погрешностей — неопределенность начальных данных и неадекватное воспроизведение внутренней изменчивости. Имеется в виду зависимость решения уравнений (т.е. прогноза) от заданных начальных данных, которые известны недостаточно полно. Кроме того, автоколебания каждой модели несогласованные, поэтому ансамблевое среднее получается сглаженным (как отмечалось выше). Данный тип погрешности важен в первые десятилетия — далее сигнал аномалий будет превалирующим над шумом (автоколебаниями) и качество прогноза будет в меньшей степени ощущать эту ошибку.

Третий источник погрешностей — недостатки климатических моделей. Возможно, что с увеличением заблаговременности прогноза они будут менее важны, поскольку из-за роста воздействий возросший отклик состояния климата будет менее чувствителен к тонким особенностям.

Четвертая возможная причина погрешностей — это развитие новых теорий и создание новых парадигм. В самом деле, еще два десятилетия назад природа климатических изменений за последнее тысячелетие представлялась необъяснимой, роль событий Данс- гора — Оешгера не считалась столь фундаментально важной, как в настоящее время, и др. Кандидатами на развитие новых направлений теории климата станут, возможно, факторы изменений скорости вращения Земли и солнечно-атмосферные связи.

Пятая возможная причина погрешностей — необычные (т.е. не ожидаемые на современном уровне науки) проявления внешних воздействий и появление в связи с этим новых климатообразующих эффектов. Такого рода «сюрпризы» — увеличение частоты и мощности извержений взрывного типа, падение крупных метеоритов и др. Эти факторы могут кардинально изменить всю картину прогнозируемых изменений, однако научный учет «неожидаемых» явлений невозможен.

Если суммировать информацию о погрешностях, то получается, что наивысшей объективностью обладает прогноз на середину XXI в. Из-за второй перечисленной причины прогноз на первые годы исключительно труден (в рамках рассматриваемой постановки задачи). Поэтому для прогноза на несколько лет применяется иной подход, когда решается задача, аналогичная, по сути, прогнозу погоды (задача с принципиальным учетом информации, содержащейся в начальных полях). Проверка этого метода, осуществленная путем его применения к интервалу последних 20 лет, показала, что таким способом удается гораздо правильнее описывать межгодовые вариации климата. Прогноз на конец столетия становится менее определенным из-за первой указанной причины — различий сценариев. В этом случае логично использовать самый жесткий сценарий как оценку максимально возможных аномалий.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>