CC BY
142
глобальные и региональные изменения климата и их доказательная база
природа всегда права, ошибки же и заблуждения всегда исходят от людей.
ИОГАНН ГЕТЕ
в последние два года в мире наметилась некая эрозия веры в глобальное потепление. скептицизм населения, как правило, особенно усиливается после суровых зим. начались нападки на межправительственную группу по изменению климата (мГЭик), когда обнаружились некоторые ошибки в оценках экспертов, в частности ученых университета восточной Англии (норвич).
Владимир логинов,
главный научный сотрудник Института природопользования HAH Беларуси, академик
Большие сомнения возникли относительно достоверности изменений климата в последнем тысячелетии, восстановленных Майклом Манном по косвенным данным (так называемая «хоккейная клюшка Манна»). Он показал, что современное потепление оказалось самым мощным за последнее тысячелетие. Однако в других работах установлено, что в раннем Средневековье (950—1250 гг.) в ряде районов Северного полушария температура была даже выше, чем сейчас. Естественно, в процессах педалирования глобального потепления есть значительная политическая составляющая, связанная с продвижением интересов фирм развитых стран, занятых выпуском экологической техники и экологически чистых продуктов, а также с уменьшением зависимости
многих государств от углеводородных источников. Очевидна и положительная сторона международного сотрудничества по защите климата, хотя оно требует политической воли стран и огромных инвестиций. Последнее могут позволить себе только развитые страны.
Проанализируем полученные к настоящему времени результаты исследований изменений климата.
аргументы и факты в пользу современного антропогенного изменения климата
• Глобальное потепление — самое мощное за историю инструментальных наблюдений: в Северном полушарии температура увеличилась на 0,9 °С, а в Южном — на 0,6 °С (рис. 1) [2, 5].
• Скорость роста температуры в последние три десятилетия оказалась самой высокой за историю инструментальных наблюдений, в то время как температура поверхностного слоя Мирового океана в период с 1910 по 1945 г. близка к современной и повысилась примерно на 0,5 °С.
ТЕМА НОМЕРА
г
• В последнем тридцатилетии подавляющее большинство теплых лет в порядке убывания положительных аномалий температур следующее: 1998, 2005, 2003, 2002, 2004, 2006, 2007, 2001, 1997, 1995, 1999, 1990, 2000, 1991, 1983, 1987, 1994, 1988, 1981, 1996 гг. К теплым годам относится и минувший — 2010 год.
• С 1976 г. средняя глобальная температура росла примерно в 3 раза быстрее, чем за последние 100 лет [9]. Максимальное ее значение отмечено в континентальных районах, что согласуется с парниковой теорией. На материках создаются более благоприятные условия для усвоения длинноволновой радиации по сравнению с коротковолновой, поэтому потепление должно быть более интенсивным в их центре, особенно зимой и ночью, когда ослабляется вертикальная конвекция. в океанах поглощение прямой солнечной радиации происходит в поверхностном слое воды днем, а длинноволновой — в поверхностной пленке, что стимулирует рост испарения и, следовательно, снижение температуры воды.
• Ледовитость Северного Ледовитого океана и масса ледников сильно уменьшилась за последние 2 десятилетия [9].
• Модельные расчеты показывают, что при повышении содержания парниковых газов в атмосфере вертикальные температурные профили меняются таким образом, что потепление должно быть
более выраженным в нижней части тропосферы, а выхолаживание — в стратосфере. Экспериментальные данные подтверждают это.
• в последние 30 лет отмечается интенсивный рост содержания парниковых газов в атмосфере. наиболее полные экспериментальные и модельные оценки, представленные в докладах МГЭИК, свидетельствуют, что это важнейший фактор потепления.
ГЕНЕРАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА БЕЛАРУСИ
Температура воздуха. Среднегодовая температура за период инструментальных наблюдений (1881—2010 гг.) испытывала многочисленные непродолжительные периоды потепления и похолодания. Исключение составляет не имеющее себе равных по продолжительности и интенсивности потепление, начавшееся в 1988 г. и сопровождавшееся резким повышением температуры зимой 1989 г. Средняя температура января и февраля последнего превысила норму на 7—7,5 °С, марта и апреля — на 3—5 °С. В целом 1989-й оказался самым теплым за столетний период, превысив норму на 2,2 °С, таким же был и 2008 г.
Текущее потепление продолжается уже более 20 лет. исключением стал лишь 1996 г. со среднегодовой температурой воздуха по Беларуси на 0,4 °С ниже нор-
мы, а также зима 2009—2010 гг., когда в январе было холоднее почти на 5 °С.
На последние 20 лет пришлись все самые крупные положительные среднегодовые аномалии температуры.
Ее повышение отмечалось в основном в первые четыре месяца года. Температура в январе — апреле в Минске примерно соответствовала средним многолетним данным во Львове и Киеве. Более теплыми оказались и летние месяцы (положительная аномалия составила в июле +0,7 °С, а в августе +0,8 °С). Ярко повышение температуры летом проявилось в последнее десятилетие, особенно в 2010 г. Однако самым теплым пока остается пятилетний период с 1936 по 1940 г., когда средняя температура лета составила +18,3 оС. В любой другой аналогичный период она не превысила +18,2 оС.
Таким образом, генеральная особенность изменения температуры — наличие двух потеплений в последнем столетии. Первое, известное как потепление Арктики, было особенно выражено в теплое время года с 1910 по 1939 г. Далее последовала мощная отрицательная аномалия в январе — марте 1940—1942 гг., самых холодных месяцев за всю историю инструментальных наблюдений.
В последние годы (1998—2010 гг.) во все сезоны аномалии были положительными, однако зимы стали более прохладными по сравнению с предыдущим десятилетием (1988—1997 гг.). С 1988 по 2010 г. температура выше нормы на 1,1 °С, причем потепление более выражено на севере республики.
отмечается разновременность начала современного потепления климата и большие различия скоростей роста температуры в разные сезоны года в Беларуси, что трудно объяснить лишь ростом количества парниковых газов.
Потепление 1988—2010 гг. привело к изменению параметров отопительного периода. Его продолжительность, например, в Минске сократилась на 10—12 дней.
Осадки. Первая треть XX в. характеризуется большим количеством осадков, примерно на 60 мм (10%) превышающим
а) б) в)
рис. 1. ход среднегодовой температуры поверхности земли в целом (а), северного (б) и южного (в) полушарий
6 НАУКА И ИННОВАЦИИ №4(98) Апрель 2011
их среднее значение за последующий период. Этому соответствует и повышенный речной сток первого тридцатилетия.
Активное потепление в последние два десятилетия XX в. мало отразилось на среднегодовом количестве выпадающих осадков в Беларуси. Близкими к норме оказались и средние их суммы — как в теплые, так и в холодные периоды года.
Генеральной особенностью является понижение количества осадков в послевоенное время по сравнению с довоенным. Особенно много их выпало с 1905 по 1935 г. — почти на 70 мм больше по сравнению с периодом 1950—2010 гг. В Беларуси выделяются две зоны: северовосточная (I), где наблюдается рост атмосферных осадков, и юго-западная (II), где их количество уменьшается. Кроме того, отмечены аномальные зоны: Лель-чицкий, Житковичский и Костюковичский районы, где осадков становится больше.
Эти особенности необходимо учитывать при развитии сельскохозяйственного производства. Так, количество осадков в июне несколько увеличилось, а в августе уменьшилось в среднем на 20%. В целом это оказывает положительное воздействие на ведение сельского хозяйства, поскольку улучшается влагообеспеченность при активном росте растений в июне, а в августе становятся благоприятнее условия уборки зерновых, но в то же время второй укос трав не может быть полновесным. При этом чаще отмечались засухи на протяжении двух и более месяцев в период активной вегетации растений. Недобор осадков сопровождался повышенным температурным режимом, что усилило неблагоприятные последствия.
отдельные годы последних двух десятилетий были и исключительно влажными: в июне — июле 1998-го выпало полторы нормы осадков, что вызвало затопление значительных территорий Полесья, повреждения посевов на тяжелых почвах севера республики.
Изменение скорости ветра. С 70-х гг. XX ст. наблюдается снижение скорости ветра. Если в 1940—1970 гг. она составляла 3,6 м/с, то в период последнего потепления уменьшилась до 2,9 м/с. Это наиболее
заметно в центральной части территории Беларуси (метеостанции «Нарочь» и «Минск») и на Полоцкой низине. Противоположные тенденции или отсутствие изменений отмечаются на линии Волковыск — Полесская.
Следует отметить, что повышение скорости ветра наблюдается реже, но это не означает уменьшения его порывистости в последние годы. Повышенный температурный фон и усиливающаяся изменчивость ряда других метеорологических характеристик могут создавать условия для шквалистых усилений ветра, временами достигающих разрушительной силы.
Уменьшение скорости ветра на территории нашей страны связано с ростом интенсивности Северо-Атлантического колебания и увеличением повторяемости глубоких барических образований, проходящих через территорию Европы в последние 20—25 лет.
одно из ярких проявлений современного потепления — изменения повторяемости экстремальных погодных и климатических явлений. Число шквалов, ливневых дождей, заморозков в южной части Бела-
Г
руси на мелиорированных территориях, гололеда, инея (запад страны), засух, сильной жары растет, а града, тумана, инея (восток страны), изморози, сильных снегопадов, метелей, сильного мороза — падает. Для повторяемости гроз характерно отсутствие каких-либо трендов.
Большее число теплых зим пришлось на период современного потепления, а самые суровые (1928—1929, 1939—1940, 1941—1942 гг.) — на эпоху предыдущего, более слабого (1910—1945 гг.); ряд из них — на время текущего (1984—1985, 1986—1987, 1995—1996 гг.).
особенности изменений климата, которые трудно или невозможно объяснить влиянием парниковых газов
Рассмотрим изменения климата высоких широт (60—90° с.ш.), где собственно парниковая природа потепления должна быть выражена наиболее ярко. На рис. 2 хорошо виден циклический ход температуры воздуха на фоне небольшого положительного тренда. Средняя длительность цикла — 60—70 лет.
Интенсивный рост температуры в высоких широтах Северного полушария
оС .....................................................1........................................................................................... 1 и.................
\ 1 . 1 и и 1 1 -' 1
[£||!ц П \ г
1900 1920
1940
1960
1980
2000
Рис. 2. Многолетний ход температуры воздуха в Арктике (60—90 ° с.ш.). Стрелками показаны годы суровых зим на территории Беларуси
2
0
ТЕМА НОМЕРА
в период с 1910—1915 до 1940—1945 гг. сменился ее падением до середины 70-х гг. прошлого столетия и последующим, самым интенсивным за период инструментальных наблюдений, ростом.
Значительное увеличение температуры в высоких широтах должно быть обусловлено существенным вкладом альбедной обратной связи и воздействием сильной гравитационной устойчивости, создаваемой выхолаживанием воздуха вблизи земной поверхности, которая подавляет конвекцию и перенос длинноволнового излучения, приводя к концентрации нагревания в тонком приповерхностном слое воздуха.
Из-за неблагоприятных погодно-климатических условий возрастают экономические потери в мировой экономике. Это может быть связано прежде всего с ростом в последние несколько десятилетий национального богатства, количества населения и урбанизации территорий, а не только с увеличением повторяемости природных явлений
Серьезная дискуссия идет по поводу участившихся засух, наводнений, суровых и теплых зим и т.д. В то время как теплых зим и засух становится больше, количество некоторых других явлений даже уменьшилась или осталось на прежнем уровне (тропические ураганы).
Временное распределение суровых зим в последнее столетие оказалось, на первый взгляд, парадоксальным: их большая повторяемость, казалось бы, не должна приходиться на теплые эпохи. Это можно объяснить, если в качестве их модулятора принять изменение теплосодержания в Северной Атлантике и, как следствие, атмосферной циркуляции.
Суровые зимы на европейской части СНГ, а также в ряде случаев в Сибири и Средней Азии пришлись на период предыдущего потепления (1910—1945): 1928—1929, 1930—1931, 1932—1933, 1941—1942 гг. В Беларуси они отмечались в 1928—1929, 1939—1940, 1941—1942 гг. [4]. Другая длительная эпоха суровых зим наблюдалась в 60-е гг., когда была отмечена «Великая соленостная аномалия»: 1962—1963, 1966—1967, 1968—1969 гг. Связать суро-
вые зимы с мощным извержением вулкана Агунг в 1963 г. нельзя, поскольку вулканический аэрозоль приводит к похолоданию только в теплое время года.
Не исключено наступление новой эпохи суровых зим в Европе. Первые предвестники тому уже появились. Это, вероятно, связано с интенсивным таянием арктических льдов и увеличенным стоком северных рек в Северный Ледовитый океан, что приводит к распреснению вод Северной Атлантики, появлению новой соленостной аномалии и замедлению течений системы гольфстрим.
Формирование экстремально теплых летних сезонов также может модулироваться Северной Атлантикой. Пример тому — жаркое лето 2010 г. на европейской части России, в восточных и центральных районах Беларуси и Украины.
В последние несколько лет скорость роста глобальной температуры замедлилась, тогда как показатели содержания парниковых газов в атмосфере постоянно возрастали.
В изменении глобальной температуры наблюдаются резкие скачки, когда она за короткий период увеличивается на 0,4—0,5 °С. В последний раз это было в 1992—1998 гг. Особенно заметны такие явления в высоких широтах (60—90 °С) с 1917 по 1923 г. и во второй половине 80-х гг. Как правило, после этого температура выходила на новый, более высокий уровень, оставаясь там длительное время. Это нельзя объяснить изменениями концентрации парниковых газов.
В многочисленных работах показано, что величины положительных трендов температуры, связанные с ростом содержания парниковых газов в атмосфере, растут от экватора к полюсу. В то же время результаты исследований говорят о более сложном характере данных изменений [7]. Величины положительных трендов температуры оказались максимальными в широтной зоне 50—60° с.ш., по крайней мере на территории россии, тогда как исходя из теории климата они должны увеличиваться от экватора к полюсу. Выявленные особенности можно объяснить изменениями общей циркуляции
атмосферы и океана. Интенсивный теплообмен между ними в Северной Атлантике обеспечивает максимальные аномалии температуры воздуха в интервале 45— 60о с.ш. На этих широтах наблюдаются и наибольшие значения положительных трендов температуры.
Если концентрация всех парниковых газов будет оставаться на постоянном уровне, дальнейшее потепление около 0,1 °С за десятилетие можно ожидать в силу большого времени жизни парниковых газов в атмосфере и инерционности важных звеньев климатической системы — Мирового океана, атмосферы, криос-феры и биосферы [6].
Амплитуда циклических квазивековых колебаний климата только немного уступает величине положительного тренда температуры (особенно для Мирового океана). Наблюдаемые 60—70-летние циклы в изменении глобальной температуры могут являться следствием ряда причин: автоколебаний в климатической системе, квазивековых колебаний солнечной активности, воздействия больших планет Сатурна и Юпитера, которые способны изменить среднегодовое расстояние от Земли до Солнца [2, 3]. Однако этому требуются доказательства. Амплитуда циклических короткопериодных (10—15-летних) колебаний также модулируется естественными причинами [2, 3]. Это приводит к тому, что скорость потепления, приписываемая влиянию парниковых газов, может уменьшиться или даже изменить знак — возникнет тенденция к похолоданию.
Одной из причин изменений в климатической системе могут быть долгопериодные автоколебания, источник которых — поток тепла в экваториальных широтах океана, увеличивающий теплосодержание вод системы гольфстрим (см. схему). Это приводит к уменьшению объема льда в Арктическом бассейне, последующему распреснению вод в Северной Атлантике, появлению отрицательной соленостной аномалии и похолоданию.
Начало этой цепочки событий может быть положено разными естественными физическими причинами, например солнечной активностью, долгопериодным приливом
8 НАУКА И ИННОВАЦИИ №4(98) апрель 2011
Схема
Р
Увеличение экваториального потока тепла в океане
I
в океане, нутационными явлениями. имеется также случайная составляющая в изменении любых природных процессов.
Какова роль океана в формировании долгопериодных аномалий температуры? Запас тепла в 3-метровом слое его вод равен теплоемкости всей атмосферы. Скорость преобразования энергии в атмосфере во много раз превышает ее трансформации в океане [1], последний медленно накапливает тепло и является инерционной средой. Как показано в многочисленных работах, на климат не только Европы, но и всего Северного полушария в значительной степени влияет Северная Атлантика [1, 3, 7, 9]. Это энергоактивная область глобального значения: занимая 11% площади поверхности мирового океана, она отдает в атмосферу 19% всего тепла, поступающего на Землю [1].
Один из примеров влияния Северной Атлантики на климат Беларуси приведен в наших работах, где рассмотрены тренды температуры для каждого дня года за период с 1966 по 2008 г. [3, 4]. Наибольшие их значения приходятся на середину января, а также конец июля — август, а в мае и ноябре эти величины слабо положительные или отрицательные. максимальные значения трендов совпадают с наивысшей адвекцией тепла течениями системы Гольфстрим.
проблемы, требующие решения
дальнейшее развитие теории климата сдерживает отсутствие совершенной системы управления климатическими данными, включая те из них, которые касаются изменений климатообразующих факторов. В дальнейшей доработке нуждаются климатические модели в части их разрешения, более полного корректного учета обратных связей; интерактивного взаимодействия океана, атмосферы, биосферы, криосферы, учета «малых» климатообразующих факторов и др.
Эффективное инженерное управление климатом через регулирование источников и стоков парниковых газов пока проблематично, поскольку общество продолжает развиваться в сторону безудержного роста потребления природных ресурсов и энергии. В ближайшие 2—3 десятилетия содержание парниковых газов (ПГ) будет увеличиваться, несмотря на громкие заявления о необходимости охраны климата. Пример тому — государства-гиганты Китай и индия. К 2030 г. сжигание наиболее грязного энергоисточника — угля — возрастет в этих странах более чем в 2 раза [8]. Можно полагать, что темпы экономического развития сильно увеличатся и в таких крупных странах, как Бразилия, Индонезия, Россия, Нигерия и др. Маловероятно, что технологический уровень в энергетике этих стран будет таким же, как в Японии, США, Германии и др.
Остается спорным вопрос о вкладе городских «островов тепла» в современное потепление. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что если исключить эффект урбанизации в приростах сумм температур в крупных городах
юга Беларуси, то достаточных оснований для выделения новой, четвертой, агроклиматической зоны не просматривается.
Имеется большая неопределенность величин вклада различных радиационных факторов на климатическую систему. Не до конца понятно, как влияют на климат аэрозоли, а также солнечная активность. до сих пор имеются существенные различия сценариев изменения концентрации парниковых газов в атмосфере и большой разброс (1—6 °С) величин прогнозируемого роста глобальной температуры к концу столетия. Эта цифра, вероятно, составит 2—3 °С [9], а в Беларуси — на 1 °С больше [2].
таким образом, несмотря на то что доказательную базу МГЭИК создавало более 1,5 тыс. лучших ученых из разных стран мира, она пока не является достаточной и требует дальнейшего развития. Главной причиной дискуссий по обсуждаемой проблеме остается ее чрезвычайная сложность, что не позволяет надеяться на ее скорое решение.
Литература
1. Лаппо С.С., Соков A.B., Терещенков В.П., любов С.А. Океан и колебания климата // Российская наука: выстоять и возвратиться, Межд. научн. фонд РФФИ. - М., 1997. С. 245-251.
2. Логинов В.Ф., Глобальные и региональные изменения климата: причины и следствия. — Мн., 2008.
3. Логинов В.Ф. Влияние Атлантического океана на величину трендов температуры в период современного потепления // География и природные ресурсы. №3, 2010. С. 15—25.
4. Логинов В.Ф. Изменения климата в Беларуси и их последствия для ключевых отраслей экономики (сельское и водное хозяйство). — Мн., 2010.
5. Логинов В.Ф., Волчек А.И., Шпока И.Н. Опасные метеорологические явления на территории Беларуси. — Мн., 2010.
6. Силвер Дж. Глобальное потепление. — М., 2009.
7. Шерстюков Б.Г. Региональные и сезонные закономерности изменений современного климата // ГУ «ВНИИГМИ — МЦД». — Обнинск, 2008.
8. Argin Maria. Enery Trends in China and India. International Journal of Environmental Consumerism, vol. 4, Issues 7 and 8, january — december, 2008. P. 27—36.
9. Climate Change 2007. The Physical science basis. WMO, UNEP, 2007.
