Учебно-методический комплекс дисциплины «Климатология и метрология» для специальности 5М060800 «Экология» учебно-методические материалы
жүктеу/скачать 8.34 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 3. Возможные сценарии изменения климата в будущем
2. Парниковый эффектПарниковый эффект – процесс разогрева нижних слоев атмосферы Земли тепловой энергией, удерживаемой водяным паром и парниковыми газами (диоксидом углерода, метаном и др.). Их действие аналогично действию стекла в оранжерее. Водяной пар и парниковые газы пропускают коротковолновую солнечную радиацию к земной поверхности, позволяя ей нагреваться, но поглощают длинноволновое собственное излучение земной поверхности. Если бы не парниковый эффект, средняя температура на земной поверхности составила бы -15°C. Особую тревогу вызывает прогрессирующее увеличение СО2, фторхлоруглеводородов, метана, закиси азота и озона, которые создают парниковый эффект. Оценки, сделанные в 2001 г., показывают, что в атмосфере с 1750 г. по 2000 г. увеличились концентрации углекислого газа (СО2) – на 31%, метана (СН4) – на 15%, закиси азота (NО2) – на 17%. С 1995 г. продолжается рост малых газовых примесей, также оказывающих парниковое воздействие и содействующих уменьшению содержания озона. Увеличение концентрации этих газов дает радиационное повышение температуры атмосферы. С другой стороны, выбрасываемый в атмосферу естественный (извержения вулканов) и антропогенный (выбросы хозяйственной деятельности) аэрозоль способствует понижению температуры атмосферы. Однако отдельные вулканические извержения не имеют долговременного действия, но антропогенный аэрозоль, который в индустриальную эпоху выбрасывается постоянно, увеличивает концентрацию аэрозоля и главным образом СО2, особенно в средних широтах Северного полушария. Кроме этих радиационных воздействий нужно учитывать и изменение притока солнечной радиации, который с 1750 г. увеличился на 0,3 Вт/м2 (С.П. Хромов, М.А. Петросянц, 2004). Все перечисленные радиационные воздействия вносят различный вклад в изменение климата, приводящий в итоге либо к потеплению, либо к похолоданию. Причем пространственный масштаб этого вклада различный: изменение притока солнечной радиации или увеличение концентрации углекислого газа действуют глобально, то антропогенные выбросы аэрозоля первоначально имеют локальное распространение и действуют локально. Совершенно ясно, что СО2 и другие радиационно-активные газы благодаря парниковому эффекту приводят к нагреванию поверхности Земли и нижней атмосферы, а это, несомненно, приведет к изменению климата. Для того чтобы представить себе, что же будет с климатом в дальнейшем, важно оценить величину выброса этих газов в атмосферу. Величина выброса СО2 в атмосферу зависит от сжигания ископаемого топлива (нефти, газа, угля), Многолетние наблюдения на станции фонового мониторинга Мауна Лоа на Гавайских островах показали рост концентрации углекислого газа в атмосфере (рис. 6.1).
Рисунок – Средняя месячная концентрация углекислого газа в атмосфере за 1957–1993 гг. на Гавайских островах (Мауна Лоа) и Южном полюсе (Г.Н. Голубев, 2006) Деятельность человека за последние 200 лет привела к продолжающемуся и в настоящее время повышению концентрации парниковых газов. Последовавшая реакция атмосферы заключается в антропогенном усилении естественного парникового эффекта. Суммарное антропогенное усиление парникового эффекта по данным Международного комитета по изменению климата оценивается по состоянию на 1995 г. значением +2,45 Вт/м2. Таким образом, климатическая проблематика вышла на первое место среди всех направлений международной экологической политики. 3. Возможные сценарии изменения климата в будущемВ настоящее время создано много моделей климата. Все модели прогнозируют рост средней глобальной температуры (1,5–5,5ºC) при удвоении современной концентрации CO2. Наибольшее повышение температуры должно произойти в тропосфере высоких широт в осенне-зимний сезон, а в стратосфере произойдет похолодание Потепление должно сказаться на состоянии ледников и уровне Мирового океана. Если наблюдаемые сейчас связи между уровнем океана и температурой воздуха сохранятся в будущем, то при глобальном потеплении от 1,5 до 5,5ºC уровень Мирового океана повысится от 25 до 165 см. К этому следует добавить возможное уменьшение площадей малых ледников, что приведет к дополнительному повышению уровня. Как известно, современные изменения климата происходят за счет изменений состояния внешних факторов и внутренних причин. Это общие представления, однако, на отдельном временном отрезке эволюция климата может определяться каким-либо специфическим набором факторов. Рост температуры у поверхности Земли (современное глобальное потепление) и уменьшение температуры в нижней стратосфере, происходящие параллельно с ростом содержания СО2 и других парниковых газов, являются одним из центральных доводов в пользу концепции антропогенных изменений современного климата. Однако, с другой стороны, факту потепления найдено объяснение с точки зрения изменения солнечной постоянной. Кроме того, анализ данных об изменениях климата за последние 1000 лет показал, что потепление климата в XX в. должно было произойти и без антропогенного влияния, поскольку еще в доиндустриальную эпоху завершился Малый ледниковый период, и температура ощутимо начала возрастать задолго до начала промышленной революции (А.В. Кислов, 2006). Продолжительность данных наблюдений недостаточна для того, чтобы однозначно сказать, что потепление будет продолжаться и далее. Для того чтобы установить значимость различных климатообразующих факторов (изменение солнечной постоянной, вариации парниковых газов и аэрозолей), естественно воспользоваться результатами математического моделирования климата (рисунок 15). В первом случае изучался отклик модельного климата на задаваемое (в соответствии с данными наблюдений) нарастание солнечной постоянной и вариации оптической толщины стратосферного аэрозоля, обусловленные вулканическими извержениями. Во втором случае учтены только измерения парниковых свойств атмосферы и планетарного альбедо за счет парниковых газов и серосодержащих аэрозолей антропогенного происхождения. Третий случай представляет собой общий эффект естественных и антропогенных факторов. Результаты моделирования сопоставлены с данными наблюдений на рисунке 15. Прежде всего, обращает на себя внимание тот факт, что в третьем случае модельный ход температуры в главных чертах напоминает реальный – модель воспроизвела тренд температур и вариации температуры в XX в. Причем рост температур достигнут за счет увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере, частично компенсируемого сульфатным аэрозолем. Сам по себе факт воспроизведения моделью основных черт современного климатического режима является важным доводом в пользу концепции антропогенных изменений климата, но полным доказательством этого обстоятельства служить не может. Поэтому существуют попытки поиска иначе построенных доказательств антропогенного влияния на климат. Их общая идея заключается в том, чтобы показать, что современный климатический режим коренным образом отличается по своим статистическим показателям от климата предшествующих эпох. Это может служить признаком того, что в действие вступил иной климатообразующий фактор (антропогенный), влияния которого в прошлом не было. Один из интересных результатов в рамках данного направления получен на основе изучения согласованности пространственного распределения модельных и наблюдаемых полей. Реальная атмосфера представляет собой сложную систему, способную генерировать внутренний шум. Модели воспроизводят режим с похожей на реальную ритмичность аномалий разных знаков и их амплитуд, но, как правило, с совершенно несогласованным поведением фаз (А.В. Кислов, 2006). Это означает, что коэффициент корреляции между двумя пространственными картинами аномалий метеорологических полей – модельной и реальной – должен быть близок к нулю. Однако если в модельной и реальной атмосфере появляется один и тот же сильный фактор, управляющий их поведением, то проявление «отклика», сигнала на фоне шума, будет одинаково как в модели, так и в реальности. И если его влияние со временем нарастает, то будет увеличиваться и простран-ственная схожесть распределения аномалий. При этом коэффициент пространственной корреляции должен быть положительным и увеличиваться со временем.
Рисунок 15 – Сопоставление наблюдаемых изменений температуры (средних за год, глобально осредненных – черная линия) с результатами моделирования (серый фон), полученными при учете изменений (А.В. Кислов, 2006): а – солнечной постоянной и вулканического аэрозоля; б – углекислого газа и серосодержащих аэрозолей антропогенного происхождения; в – совместного влияния естественных и антропогенных факторов
Рисунок 16 – Поведение во времени пространственного коэффициента корреляции между аномалиями температуры в реальной атмосфере в конкретный год и воспроизведенными для этого же года модельными аномалиями (А.В. Кислов, 2006): 1 – эксперимент с заданным изменением содержания парниковых газов; 2 – эксперимент с заданным изменением содержания парниковых газов и концентрации сульфатных аэрозолей А.В. Кислов (2006) приводит также и другой подход поиска доказательств существования антропогенного влияния на климат, при котором изучена связь наблюдавшихся за период инструментальных наблюдений аномалий температуры в северном и южном полушариях и показано, что ведущую роль в формировании аномалий играет северное полушарие. Более того, статистический анализ показал, что определенность данной связи нарастает в последние несколько десятилетий. Это интерпретируется как проявление антропогенного влияния, поскольку все важнейшие его источники сосредоточены именно в северном полушарии. С помощью регрессионного анализа показано, что названное усиление связности термических режимов полушарий коррелирует с независимо рассчитанной интенсивностью глобальных радиационных воздействий сульфатов и парниковых газов, а также с вариациями солнечной постоянной. Проверка на данных моделирования показала сходную картину. Это обстоятельство может трактоваться как еще один довод в пользу заключения о статистической необычности современного климата и вывода о том, что наблюдавшийся тренд климатического режима не связан, по-видимому, с естественными процессами. Нарастание концентрации углекислого газа должно привести к росту температуры. Этот процесс не до конца понятен, так как имеется много неопределенных моментов. Во-первых, неясно, как будет выглядеть динамика антропогенных воздействий, а также, каково будет поведение природных факторов. Во-вторых, климатические модели еще не совершенны, разные модели демонстрируют количественно различающиеся результаты. Эти неопределенности создают достаточно широкий диапазон будущих вариаций температуры. Прогнозируемое на середину XXI в. географическое распределение аномалий температуры представлено на рисунке 17. Расчеты выполнены для среднего сценария роста концентрации парниковых газов и серосодержащих аэрозолей. Важным является то, что пространственная структура прогнозируемого распределения аномалий соответствует той, что уже сформировалось в современную эпоху – максимальные аномалии располагаются на материках, минимальные – на океанах. Действительно, наибольшее повышение температуры будет иметь место в высоких широтах северного полушария. В сезонном ходе аномалия наиболее велика поздней осенью и зимой – этот эффект объясняется действием обратной связи со снежно-ледовым покровом – он устанавливается позже, что обеспечивает дополнительный разогрев этих регионов. В летнее время нагревание не так велико – термическая инерция океана и затраты тепла на таяние препятствуют существенному росту температуры в это время. Над океанами произойдет слабое увеличение температуры; исключением являются зоны субтропиков и умеренных широт северного полушария, где отличия температуры от современной будут невелики.
(А.В. Кислов, 2006): 1 – среднее для декабря, января и февраля; 2 – среднее для июня, июля и августа Предложенное объяснение такого распределения аномалий основывается на простых термо-динамических зависимостях, однако оно оказывается не единственно возможным. По-видимому, картина отклика климата на внешние факторы более сложная, она должна включать циркуляционные эффекты, но связи такого типа в настоящее время изучены очень плохо. Хотя моделирование климата и прогноз возможных климатических изменений в будущем – комплексная и разрабатываемая в настоящее время задача, прогноз погоды является успешно реализуемым разделом метеорологии. жүктеу/скачать 8.34 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
