Продолжение ответов экспертов британского Королевского общества и Национальной академии наук США на важнейшие вопросы о глобальных климатических изменениях. Этот материал позволяет выяснить, какие утверждения климатологов являются общепризнанными, по каким наметился консенсус, а какие всё ещё остаются спорными. Текст написан и отредактирован группой ведущих учёных-климатологов Великобритании и США. В нём представлены знания о климате, накопленные за долгое время в рамках обеих национальных академий наук, а также новейшие данные, полученные Межправительственной группой экспертов ООН по изменению климата. Первую часть материала читайте по ссылке: https://22century.ru/popular-science-publications/climate-change-evidence-causes.
11. Если идёт глобальное потепление, то почему зима и лето всё ещё бывают очень холодными?
Глобальное потепление — долгосрочный тренд, но это не значит, что каждый новый год будет теплее предыдущего. Даже при теплеющем климате паттерны погоды, меняясь изо дня в день и из года в год, способны порождать необычный холод днём и ночью, зимой и летом.
Изменение климата означает не только изменение глобальной средней температуры приземного слоя воздуха, но также изменение общей циркуляции атмосферы, размера и характера естественных вариаций климата и локальной погоды. Явления, характерные для Ла-Нинья, меняют погодные условия таким образом, что некоторые регионы становятся влажнее, а влажное лето обычно прохладнее нормального. Когда из полярных регионов дует более сильный, чем обычно, ветер, может наступить более холодная зима. Аналогичная картина в недавнее время наблюдалась в Европе, северной Азии и восточной части Северной Америки: устойчивость одной из фаз паттерна атмосферной циркуляции, известного как Североатлантическая осцилляция, способствовала тому, что несколько зим были холодными.
По мере потепления климата атмосферная и океаническая циркуляция будет меняться, что отразится на путях циклонов и многих других аспектах погоды. В этих условиях вероятность того, что дни и сезоны будут теплее, растёт, а того, что будут холодными, падает. Например, в 60-х годах ХХ века в континентальной части Соединённых Штатов рекордно низких суточных температур было больше, чем рекордно высоких, однако в 2000-х годах первых оказалось более чем в два раза меньше, чем вторых. А вот ещё один яркий пример: за последние десятилетия в значительной части Европы, Азии и Австралии периодов сильной жары стало больше.
12. Почему площадь арктического морского льда уменьшается, а антарктического — нет?
На площадь морского льда влияют ветры и океанические течения, а также температура. В частично замкнутом Северном Ледовитом океане потепление, похоже, воздействует на морской лёд непосредственным образом, тогда как изменения климатических паттернов и конфигурации льда в водах Антарктики, по-видимому, опосредуются изменениями, происходящими в розе ветров и в океане.
Резкое уменьшение площади арктического морского льда началось в конце 70-х годов ХХ века. Ежегодно её наименьшие размеры наблюдаются летом и осенью. С 1978 года, когда заработал спутниковый мониторинг (благодаря которому учёные впервые получили возможность непрерывно следить за состоянием всей Арктики), минимальная годовая площадь арктического морского льда (наблюдаемая в начале — середине сентября) уменьшилась более чем на 40 % (см. Рис. 5). Каждую арктическую зиму ледяной покров снова растёт, но в нынешнее время лёд тоньше, чем раньше. Учёные оценили, какой была площадь морского льда в прошлом, и оказалось, что, по меньшей мере, за последние 1450 лет она, по-видимому, никогда не была такой маленькой. Общий объём льда, то есть его площадь, помноженная на толщину, за последние десятилетия уменьшается быстрее, чем площадь. Поскольку морской лёд обладает высокой отражающей способностью, по мере того, как льда становится меньше и солнечный свет всё больше поглощается более тёмной поверхностью океана, потепление усиливается.
В Антарктике с 1979 года площадь морского льда в целом несколько увеличилась, хотя в некоторых районах, например, к западу от Антарктического полуострова, произошло её уменьшение. Паттерны приземного ветра вокруг континента меняются, что способствует изменению антарктического паттерна морского льда. Океанские факторы, такие как прохладная пресная вода, которую поставляют в океан тающие шельфовые ледники, тоже, возможно, играют здесь определённую роль. Изменения ветра включают в себя недавнее усиление западных ветров. Оно уменьшает количество тёплого воздуха, проникающего из низких широт в высокие южные широты, и изменяет путь, по которому льды уплывают от континента. По-видимому, изменение ветров в какой-то степени вызвано последствиями истощения стратосферного озонового слоя над Антарктидой (то есть, связано с озоновой дырой — явлением, не обсуждаемым в данном документе в силу того, что оно не имеет прямого отношения к антропогенным выбросам в атмосферу долгоживущих парниковых газов). Однако краткосрочные тренды, выявленные в Южном океане, — такие, как отмеченные выше, — вполне возможно, возникли под влиянием естественной изменчивости атмосферы, океана и системы морского льда.
13. Как изменение климата влияет на силу и частоту наводнений, засух, ураганов и торнадо?
В результате осуществляемых человеком выбросов парниковых газов нижние слои земной атмосферы становятся теплее и влажнее. Это питает дополнительной энергией штормы и другие опасные виды климатических явлений. Обильные дожди и снегопады (повышающие риск наводнений) и периоды сильной жары в целом становятся всё более частыми, что соответствует теоретическим прогнозам. Экстремальное выпадение дождевых осадков — это тенденция, сила которой варьирует от региона к региону: наиболее ярко она проявляется в Северной Америке и некоторых районах Европы, особенно зимой.
О связи экстремальных погодных явлений с изменением климата говорить сложно, ибо, во-первых, в силу того, что эти явления по определению редки, дать им научную оценку трудно, а во-вторых — на них влияют паттерны естественной климатической изменчивости. Например, основной причиной всех засух и наводнений является изменение климатических паттернов при чередовании Эль-Ниньо и Ла-Нинья. На суше Эль-Ниньо способствует наступлению засухи во многих тропических и субтропических районах, тогда как Ла-Нинья — наступлению более влажной погоды, что, в частности, происходило в последние годы. Ожидается, что в условиях потепления климата эти краткосрочные и региональные сдвиги станут более экстремальными.
То, как изменяются ураганы, до сих пор в значительной степени загадка из-за огромной естественной изменчивости этого процесса и недостатка данных наблюдений. Влияние на частоту ураганов изменения климата — предмет постоянного изучения. Хотя процесс изменения частоты ураганов остаётся белым пятном, концептуальное представление о них, созданное в рамках фундаментальной физики, и результаты моделирования позволяют предполагать, что наиболее сильные ураганы (в случае их возникновения) станут, вероятно, более интенсивными и более масштабными в условиях потепления и увлажнения атмосферы над поверхностью океанов. Этот прогноз подтверждается данными наблюдений, проводящихся в Северной Атлантике. Ожидается, что некоторые факторы, благоприятствующие сильным грозам, порождающим торнадо, в ходе потепления будут усиливаться, однако сохраняется неопределённость в отношении других влияющих на возникновение торнадо факторов — таких, как изменения, происходящие в вертикальных и горизонтальных вариациях ветров.
14. Как быстро поднимается уровень моря?
Данные мареографов за долгое время наблюдений и последние спутниковые данные говорят о том, что глобальный уровень моря растёт, при этом, согласно лучшим оценкам, среднемировой прирост за последние два десятилетия составил примерно 3,2 мм (0,12 дюйма) в год. Как свидетельствуют наблюдения, с 1901 года уровень моря вырос почти на 20 см (8 дюймов) (см. Рис. 6).
Это повышение уровня моря было вызвано (в порядке значимости) увеличением объёма воды по мере потепления океана, таянием горных ледников в большинстве регионов мира и уменьшением площади Гренландского и Антарктического ледяных щитов. И всё это — из-за потепления климата. Кроме того, колебания уровня моря вызываются изменением количества воды, находящейся на суше. В какой степени в любом конкретном месте меняется уровень моря, зависит и от множества других факторов, в том числе от упругой реакции освободившейся от давления ледовых щитов земли и иных региональных геологических процессов, в результате которых сама земля поднимается или опускается, а также от того, сгоняют ли меняющиеся ветры и течения океанскую воду к какому-то берегу или, напротив, отгоняют её.
Рост уровня моря наиболее остро проявляет себя в увеличении частоты и интенсивности случайных штормовых нагонов. Если повышение уровня CO2 и других парниковых газов будет идти теми же темпами, что и сейчас, то, согласно прогнозам, к 2100 году прирост уровня моря составит 0,5—1 м (1,5—3 фута). Однако в 2100 году повышение уровня моря не прекратится; в последующие столетия он будет намного выше, поскольку Мировой океан продолжает поглощать тепло, а ледники продолжают отступать. Детально предсказать, как Гренландский и Антарктический ледовые щиты отреагируют на продолжающееся потепление, по-прежнему трудно, но, по расчётам, Гренландия и, возможно, Западная Антарктида будут и дальше терять свою массу, тогда как в более холодных областях Антарктиды может пойти увеличение массы, поскольку тёплый воздух, содержащий больше влаги, даст им больше снега. Около 125 000 лет назад в последний межледниковый (тёплый) период уровень моря достиг пиковых значений, при которых он, по-видимому, был на 5—10 м выше современного. В тот период полярные регионы были теплее, чем сейчас. Это говорит о том, что в течение тысячелетий длительные периоды потепления приведут к весьма значительному уменьшению Гренландского и Антарктического ледяных щитов и, следовательно, к такому же значительному повышению уровня моря.
15. Что такое подкисление океана и почему важно о нём знать?
Прямые наблюдения за химическим составом океана показали, что химический баланс морской воды сместился в сторону более кислого состояния (к более низкому рН — водородному показателю) (см. Рис. 7). У ряда морских организмов (таких как кораллы и некоторые моллюски) есть раковины, состоящие из карбоната кальция, который довольно легко растворяется в кислоте. С ростом кислотности морской воды этим организмам становится всё труднее формировать и сохранять свои раковины.
CO2 растворяется в воде с образованием слабой кислоты, а Мировой океан поглощает около трети CO2, попадающего в атмосферу в результате деятельности человека. Это ведёт к устойчивому снижению уровня pH в океанской воде. С увеличением содержания CO2 в атмосфере её химический баланс в течение следующего столетия изменится ещё больше. Лабораторные и другие эксперименты говорят о том, что в воде с повышенной кислотностью и высоким содержанием CO2 у некоторых видов морских животных деформируются раковины и замедляется рост. Правда, у разных видов это происходит по-разному. Кроме того, подкисление меняет круговорот питательных веществ и многих других элементов и соединений, содержащихся в океане. Это, вероятно, приведёт к изменению конкурентоспособности видов с пока ещё неясными последствиями для морских экосистем и пищевых сетей.
16. С какой степенью уверенности учёные прогнозируют продолжение глобального потепления в течение следующего столетия?
С очень высокой. Если не произойдёт какого-либо технологического или законодательного снижения выбросов CO2 и они продолжат расти по нынешней траектории, то к концу XXI века глобальная температура может стать выше, чем сейчас, на 2,6—4,8 °C (на 4,7—8,6 °F).
Потепление, происходящее вследствие поступления в атмосферу больших масс парниковых газов, объясняется их фундаментальными свойствами. Оно, в свою очередь, ведёт ко многим сдвигам в естественном движении климата, которые в совокупности усиливают потепление. Масштаб будущего потепления во многом зависит от количества парниковых газов, скапливающихся в атмосфере, и, следовательно, от траектории изменения выбросов (см. Рис. 8). Если не дать общей массе совокупных выбросов, производимых с 1870 года, превысить уровень, составляющий примерно 1 триллион (миллион миллионов) тонн углерода, то с вероятностью две трети (около 70 %) можно предсказать такой рост средней глобальной температуры, при котором она повысится менее чем на 2 °C (на 3,6 °F) по сравнению с доиндустриальным периодом. Однако более половины указанной массы уже выброшено в атмосферу.
В соответствии с нынешними знаниями о поглощаемом и выделяемом CO2 количестве тепла удвоение концентрации содержащегося в атмосфере CO2 по отношению к доиндустриальному уровню (примерно до 560 млн−1) само по себе, без усиления какими-либо другими эффектами, приведёт к увеличению глобальной средней температуры примерно на 1 °C (на 1,8 °F). Однако общий масштаб потепления при данном количестве выбросов зависит от цепочек эффектов (обратных связей), которые в той или иной мере способны усиливать или ослаблять темпы исходного потепления.
Наиболее важную роль играет усиливающая обратная связь, создаваемая водяным паром. Этот парниковый газ, содержащийся в атмосфере, обладает мощным потенциалом, ибо более тёплый воздух может удерживать больше влаги. Кроме того, по мере таяния арктического морского льда и ледников освобождающиеся от них более тёмные ландшафты и поверхность океана поглощают больше солнечного света, вызывая дальнейшее потепление и дальнейшее таяние льда и снега. Наименее изученной из обратных связей является изменение свойств облаков в ответ на изменение климата. В основе других обратных связей лежит углеродный цикл. В настоящее время суша и океаны совокупно поглощают около половины CO2, выделяемого в результате деятельности человека, но ожидается, что по мере потепления возможности суши и океанов накапливать углерод будут уменьшаться, что приведёт к более быстрому увеличению уровня CO2 в атмосфере и более быстрому потеплению. Разные модели по-разному говорят об этом грядущем ускорении потепления, но все они прогнозируют, что благодаря общему сетевому эффекту цепей обратной связи рост концентрации в атмосфере CO2 усилится, что ускорит одно лишь потепление в 1,5—4,5 раза.
17. Является ли изменение климата на несколько градусов поводом для беспокойства?
Да. Несмотря на то, что повышение средней глобальной температуры на несколько градусов кажется не таким уж и большим, эта температура во время последнего ледникового периода была всего лишь на 4—5 °C (на 7—9 °F) ниже, чем сейчас. Глобальное потепление всего на несколько градусов вызовет обширные изменения температуры на региональном и местном уровне, повлияет на выпадение осадков, а также приведёт к увеличению частоты некоторых видов экстремальных погодных явлений. Эти и другие сдвиги (такие как повышение уровня моря и штормовые нагоны) будут иметь серьёзные последствия для человечества и природы.
Как непосредственные наблюдения, так и теоретические обобщения, убеждают в том, что глобальное потепление связано с увлажнением атмосферы, сдвигами в региональных паттернах осадков и увеличением частоты экстремальных погодных явлений, подкислением океана, таянием ледников и повышением уровня моря (что увеличивает риск затопления побережья и штормовых нагонов), а также с тем, что над сушей воздух теплеет больше, чем над океанами. Уже сейчас рекордно высокие значения температуры в среднем наблюдаются значительно чаще, чем рекордно низкие, влажные районы становятся более влажными по мере того, как сухие — более сухими, ливни усиливаются, а снежный покров (важный источник пресной воды для многих регионов) уменьшается.
Ожидается, что с усилением потепления эти эффекты тоже будут усиливаться и создадут угрозу производству продуктов питания, снабжению пресной водой, прибрежной инфраструктуре и особенно благосостоянию огромного числа людей, проживающих в низинных районах. Даже если какие-то регионы получат от потепления некоторую локальную выгоду, долгосрочные последствия в целом будут разрушительными.
18. Что делают учёные для устранения существенных пробелов в наших знаниях о климатической системе?
Наука — это непрерывный процесс наблюдения, осмысления, моделирования, тестирования и прогнозирования. Прогноз, согласно которому имеет место долгосрочная тенденция глобального потепления вследствие увеличения выбросов парниковых газов, вполне надёжный и подтверждается растущим количеством фактов. Тем не менее, знания, накопленные в данной сфере научной деятельности, (например, о динамике облаков, о вариациях климата в таких временных масштабах, как столетия и десятилетия, а также в таких пространственных масштабах, как регионы и местности) остаются неполными. Здесь идут активные исследования.
Сравнение модельных прогнозов с наблюдениями позволяет определять те аспекты, которые хорошо изучены, и в то же время выявлять неясности или пробелы в наших знаниях. Это помогает установить приоритеты для новых исследований. Поэтому крайне важно непрерывно вести мониторинг всей климатической системы — атмосферы, океанов, суши и льда: ведь климатическая система может преподнести массу сюрпризов.
Для совершенствования моделей климатической системы Земли и более адекватной репрезентации в них ключевых процессов, особенно тех, что связаны с облаками, аэрозолями и переносом тепла в океан, используются, с одной стороны, полевые и лабораторные данные, а с другой — теоретические концепции. Эти знания необходимы для точного моделирования изменения климата и связанных с ним изменений в экстремальных проявлениях погоды, особенно на региональном и местном уровнях, наиболее важных, с политической точки зрения.
Моделирование того, как потепление будет воздействовать на облака и, наоборот, как облака будут влиять на потепление, остаётся одной из основных проблем при создании глобальных моделей климата — отчасти потому, что для отображения многих протекающих в облаках процессов разрешения нынешних моделей недостаточно. Применение более мощных компьютеров позволит учитывать некоторые из этих процессов в моделях будущего поколения.
Над климатическими моделями работают десятки групп и исследовательских институтов, причём сегодня учёные имеют возможность анализировать данные практически всех основных моделей земной климатической системы и сравнивать их друг с другом и с данными наблюдений. Такие условия работы очень благоприятны для выявления сильных и слабых сторон различных моделей и определения причин, по которым модели дают разные результаты. Установив эти причины, исследователи могут сосредоточиться на анализе соответствующих процессов. Различия между моделями позволяют оценить неопределённости в прогнозах будущего изменения климата и понять, какие аспекты этих прогнозов являются надёжными.
Изучение реакции климата на серьёзные изменения в прошлом — ещё один способ проверки того, знаем ли мы, как идут различные процессы и способны ли модели плодотворно работать с учётом широкого спектра условий.
19. Являются ли поводом для беспокойства сценарии стихийных бедствий с такими критическими моментами, как «отключение Гольфстрима» и выброс в атмосферу большого количества арктического метана?
Данные лучших из имеющихся климатических моделей не говорят о том, что в таких системах (часто называемых системами с критическими точками) в ближайшем будущем произойдут резкие изменения. Однако возможность серьёзных скачков при усилении потепления исключать нельзя.
Состав атмосферы меняется в сторону условий, которых не было в течение миллионов лет, поэтому мы вступаем на неизвестную территорию, и неопределённость велика. Климатическая система включает в себя множество конкурирующих процессов, способных резко изменить состояние климата после превышения определённых пороговых значений.
Хорошо известный пример — перемешивающая (overturning) циркуляция океана с юга на север и наоборот, которую поддерживает идущая на глубину холодная солёная вода Северной Атлантики и которая связана с несущим в этот регион тёплую воду Гольфстримом. Происходившее в ходе последнего ледникового периода ритмичное поступление пресной воды из ледяного щита Северной Америки привело к замедлению этой перемешивающей циркуляции и к обширным изменениям климата в Северном полушарии. Однако опреснение Северной Атлантики из-за таяния Гренландского ледяного щита идёт намного менее интенсивно и, следовательно, не сулит резких изменений. Другой пример: арктическое потепление может дестабилизировать метан (парниковый газ), скрытый в океанических отложениях и вечной мерзлоте, что может привести к быстрому выбросу в атмосферу большого количества метана. Случись такой выброс — и произойдут серьёзные и быстрые изменения климата.
По расчётам специалистов, в нашем столетии такие чрезвычайно опасные изменения маловероятны, но предсказывать их по определению очень трудно. Поэтому учёные продолжают изучать возможность возникновения таких критических моментов, чреватых большими скачками.
20. Если выбросы парниковых газов прекратятся, станет ли климат снова таким, каким был 200 лет назад?
Нет. Даже если выбросы парниковых газов внезапно прекратятся, температура приземного слоя воздуха не станет ниже и даже за тысячи лет не вернётся к уровню доиндустриальной эпохи.
Если выбросы CO2 полностью прекратятся, то для того, чтобы уровень содержащегося в атмосфере CO2 стал «доиндустриальным», потребовались бы многие тысячи лет из-за очень медленного переноса этого газа в глубины океана и окончательного захоронения его в океанических отложениях. В течение по меньшей мере тысячи лет значения температуры приземного слоя воздуха будут оставаться повышенными, ибо прошлыми и нынешними выбросами земному климату предопределено оставаться более тёплым и эта предопределённость имеет чрезвычайно долгосрочный характер. Поэтому в течение многих веков даже после того, как прекратится повышение температуры, уровень моря, по-видимому, продолжит расти (см. Рис. 9). Чтобы обратить вспять процесс таяния ледников и Гренландского ледяного щита, образовавшихся во время последнего периода холодного климата, требуется значительное охлаждение приземного воздуха. Таким образом, нынешнее потепление Земли, вызванное CO2, по существу необратимо в масштабах существования человека. Количество и скорость дальнейшего потепления будут почти целиком зависеть от того, сколько ещё CO2 выбросит в атмосферу человечество.
