Опубликованы результаты реалистичного моделирования глобального потепления в ближайшие два века

Рис. 1. Эволюция среднегодовой температуры (в градусах), усредненной по поверхности Земли, с 1880-го по 2003 год. За нуль шкалы принята температура в середине XX века. Голубая линия — наблюдения, черные линии — результаты отдельных сеансов моделирования, красная кривая — их среднее значение (изображение из статьи physics/0610109)
Рис. 1. Эволюция среднегодовой температуры (в градусах), усредненной по поверхности Земли, с 1880-го по 2003 год. За нуль шкалы принята температура в середине XX века. Голубая линия — наблюдения, черные линии — результаты отдельных сеансов моделирования, красная кривая — их среднее значение (изображение из статьи physics/0610109)

Впервые построена реалистичная модель эволюции глобального климата, с хорошей точностью описывающая наблюдательные данные за последний век. На основании нее предсказаны изменения климата в ближайшие два века.

Глобальное потепление стало в последние годы неоспоримым фактом. Наблюдательные данные (см. рис. 1) свидетельствуют о повышении средней по планете температуры по сравнению с концом XIX века более чем на полградуса, причем основной рост пришелся на последние десятилетия. Имеется очень серьезное и обоснованное беспокойство, что существенный вклад в повышение температуры вносит человеческая активность на планете.

Полградуса — величина, казалось бы, очень небольшая, в особенности по сравнению с такими регулярными катаклизмами, как ледниковые периоды, когда среднегодовая температура падала на десяток градусов. Но ледниковые периоды наступают и отступают на масштабе тысячелетий, а эти полградуса — за несколько десятков лет. Достаточно повысить среднюю температуру на Земле еще на градус, и арктическая полярная шапка станет летом полностью таять. Повышение температуры на 2-3 градуса приведет, как сейчас считается, к глобальным климатическим изменениям, последствия которых будут не менее драматическими, чем от наступления ледникового периода. И наконец следует помнить, что земной климат обладает большой тепловой инертностью, из-за чего наиболее сильный отклик на антропогенные возмущения наступает не сразу, а спустя несколько десятков лет. Иными словами, мы только сейчас вступаем в фазу наиболее драматичных глобальных изменений климата, вызванных послевоенным индустриальным всплеском, и полградуса уже сейчас — это много.

Для предсказания дальнейшего развития ситуации необходимо вначале четко выявить причины глобального потепления. Конкретно, требуется построить модель, которая по имеющимся данным о воздействии на атмосферу, гидросферу и биосферу смогла бы вычислить тенденцию к изменению среднегодовой температуры и при этом не противоречить наблюдениям. Попытки построить такую модель, конечно, предпринимались неоднократно, но до сих пор их совпадение с реальностью было, в лучшем случае, посредственное. Проблема заключалась в слишком упрощенном описании атмосферных и гидросферных процессов, а также в учете слишком малого числа потенциально важных источников воздействия на климат.

К сожалению, такое положение вещей приводило к сомнению, отчасти справедливому, в реалистичности глобальных климатических прогнозов. Высказывались даже мнения, что глобальное потепление — это миф, выдуманный климатологами.

На днях в архиве e-принтов появились две статьи большой группы авторов из США и Франции, которые заслуживают самого внимательного изучения. В первой из них, physics/0610109, описываются детали разработанной ими климатической модели GISS ModelE и приводятся результаты моделирования глобальных изменений климата с 1880-го по 2003 год. Сравнение этих результатов с наблюдательными данными позволяет судить, насколько реалистично модель описывает динамику земного климата. Во второй статье, physics/0610115, эта же модель применятся для предсказания климатических изменений в ближайшие 100-200 лет и делаются выводы относительно опасности антропогенных воздействий.

В процессе выполненного авторами моделирования решалась, по существу, одна-единственная задача: как изменяется с течением времени температура атмосферы под действием ряда факторов. Основные результаты моделирования были представлены в статье в виде «карт повышения среднегодовой температуры». Однако кроме этого в рамках той же модели можно проследить и за изменением количества среднегодовых осадков, скорости ветров, покрытие льдами океанов и т. д. В статье эти параметры не были отражены, но их можно получить через интерактивную форму запроса на сайте Dangerous Human-Made Interference Transient Simulations, 1880-2100.

Предложенная авторами модель состоит в следующем. Вся земная поверхность разбивается на участки размером 4 градуса по широте и 5 градусов по долготе. На каждом участке атмосфера моделируется «стопкой» из 20 слоев разной толщины, простирающейся от поверхности Земли до стратосферы, а если участок попадает на океан, то аналогичная модель используется и для гидросферы. Затем строится модель вертикальной и горизонтальной тепло- и газопередачи, и самое главное — модель влияния тех или иных добавок в атмосферу на количество поступающей на Землю (то есть не отраженной обратно в космос) солнечной энергии.

В исследовании учитывались десять факторов, данные по которым за промежуток с 1880-го по 2003 год были собраны авторами из разных источников. Они включали концентрацию в атмосфере основных парниковых газов (CO2, N2O, CH4), паров воды, аэрозолей, их влияние на образование облаков, переменчивость солнечной активности, изменения, связанные с землепользованием (в основном, уменьшение лесного покрова в средних широтах) и т. д. Стоит отметить, что в статье подробно обсуждается каждый из этих факторов, особенности его моделирования и его влияние на климат, так что статья может использоваться и как справочник по методам численного моделирования воздействий на климат.

Этот список, конечно, не исчерпывает все потенциально важные факторы, влияющие на земной климат. Кроме этого, сама модель во многих аспектах является чрезвычайно упрощенной. Например, в ней не учитываются эффекты обратной связи, которые особенно важны для Северной Атлантики и приарктических областей (см., например, заметку Роль случайности в закономерности изменений климата). Всё это должно привести к некоторым расхождениям между результатами моделирования и метеорологическими наблюдениями. И действительно, авторы отмечают, например, что в их модели количество осадков над бассейном Амазонки получается на 20% меньше, а облачный покров над центральной Азией и западе США — на 25% меньше, чем в реальности. Эти расхождения приводят к существенным отклонениям климата в данном регионе, однако в глобальном масштабе эволюция земного климата воспроизводится этой моделью очень хорошо.

Рис. 2. Предсказанная эволюция среднегодовой температуры вплоть до 2200 года в различных сценариях экономической деятельности (изображение из статьи physics/0610115)
Рис. 2. Предсказанная эволюция среднегодовой температуры вплоть до 2200 года в различных сценариях экономической деятельности (изображение из статьи physics/0610115)

В сопутствующей статье physics/0610115 авторы применяют построенную модель для предсказания климатических изменений в XXI веке. Предсказания делаются для целого ряда сценариев экономической деятельности будущего: сценарии «бизнес как обычно» (A2 и A1B), ряд сценариев с пониженным выбросом парниковых газов (B1 и 2-degree-scenario) и, наконец, так называемый «альтернативный сценарий», отличающийся резким смещением экономики в сторону природоохранных технологий. На рис. 2 приведен один из результатов моделирования: эволюция среднегодовой температуры в ближайшие два века для указанных выше сценариев экономической деятельности.

Общие выводы статьи таковы:

  • Более реалистичной оценкой для начала опасных изменений следует признать потепление не на 2-3, а на 1-2 градуса.
  • Антропогенные воздействия уже сейчас являются доминирующим фактором потепления. Если экономическая ситуация не изменится, то глобальное потепление на 1 градус произойдет уже к 2050 году. К 2100 году в отдельных регионах температура повысится по сравнению с сегодняшним днем на 5-10 стандартных отклонений (под стандартным отклонением можно в данном случае понимать типичную вариацию температуры в данном регионе из года в год), что безусловно является катастрофическим изменением.
  • Резкое снижение выбросов парниковых газов, в первую очередь углекислого газа, способно удержать дальнейший рост температуры в XXI веке в пределах одного градуса. Это позволит существенно смягчить силу грядущих глобальных климатических изменений. Даже в самых уязвимых регионах потепление не будет превышать 2 стандартных отклонений.

Эти выводы, конечно, не новы, но на сей раз за ними стоит гораздо более серьезное обоснование, чем когда-либо ранее. На основании результатов моделирования авторы утверждают, что глобальные изменения климата в ближайший век уже неизбежны: «точка, за которой нет возврата», уже пройдена. Однако пока что сохраняется возможность удержать эти изменения в умеренных рамках.

См. также:
RealClimate — информационный сайт, посвященный обсуждению глобальных климатических изменений.

Игорь Иванов


9
Показать комментарии (9)
Свернуть комментарии (9)

  • Алексей Гиляров  | 23.10.2006 | 17:30 Ответить
    Спасибо Игорю Иванову за очень интересную заметку. Но возникает вопрос - что учитывается в модели - эмиссия парниковых газов при сжигании ископаемого топлива и другой хозяйственной деятельности человека, или же реальная концентрация этих газов в атмосфере. Дело в том, что баланс диоксида углерода (углекислого газа)не сводится! Его содержание в атмосфере на 1/4 (а по другим данным даже на 1/3)ниже того, которого следовало ожидать, если бы весь газ оставался в атмосфере. Отсюда непрекращающиеся поиски "недостающего стока" (missing sink)- тех мест на суше или в океане, роль которых в связывании диоксида углерода недооценена. Раньше невязку баланса списывали на океан, потом на тропические леса, в последнее время чаще говорят о тундрах, саваннах и прочих "грасслэндах". Соответствующие статьи регулярно публикуются в Nature и Science, но вопрос остается открытым.
    Ответить
    • spark > Алексей Гиляров | 24.10.2006 | 14:42 Ответить
      Как я понимаю, используется реальная концентрация CO2 в атмосфере, которая затем пересчитывается на "эффективный тепловой поток". Происхождение этой концентрации и описанные вами проблемы в статье не обсуждаются. Вот подробные данные по парниковым газам, которые использоавлись в статье: http://www.giss.nasa.gov/data/simodel/ghgases/
      Ответить
  • seasea  | 24.10.2006 | 16:06 Ответить
    Удивительно! Погоду на завтра предсказать не можем, а на 200 лет вперед - запросто!
    Ответить
    • spark > seasea | 25.10.2006 | 11:39 Ответить
      Это очень неудачная формулировка.
      Разумеется, ПОГОДУ на 200 лет вперед мы предсказать не можем. Можем предсказать на 200 лет вперед, в рамках погрешностей, усредненную по планете среднегодовую температуру. Такую же усредненную по планете среднегодовую температуру мы можем предсказать и на завтра, причем очень и очень точно.
      Ответить
      • seasea > spark | 25.10.2006 | 13:12 Ответить
        Согласен, неудачная. Но имелось ввиду, что на климат (температуру) действует не меньшее количество факторов, чем на погоду. И не факт, что концентрация парниковых газов - главный из них.
        Ответить
        • spark > seasea | 27.10.2006 | 13:11 Ответить
          В случае глобальной температуры работает аналог "закона больших чисел": локально, погода в каждой точке ведет себя со временем по очень сложному закону, но когда вы разумно усредняете по всей земле, то получается более устойчивая характеристика, чувствительная к меньшему количеству воздействий. Примерно как движение каждой молекулы в стакане воды практически непредсказуемо и зависит от огромного числа факторов, в то время как общая характеристика воды в стакане -- температура, давление, и т.д. -- чувствительны лишь к небольшому числу воздействий.

          Но я думаю, эти слова вряд ли послужат для вас аргументом: судя по всему, у вас есть просто "общий скептицизм", без конкретики. "Природа слишком сложна" и всё такое. Вообще-то, эта статья как раз и призвана подчеркнуть, что КОЕ-ЧТО уже можно описать. Вы посмотрите на эти зигзаги температуры вверх и вниз. Это, на самом деле, отклики климата на глобальные события типа извержения вулканов (например, Кракатау в 1883 году) и, возможно, яденых испытаний. Вы видите, что модель их хорошо описывает? Это значит, что основные факторы, управляющие климатом, схвачены в этой модели. Если бы был еще какой-то быстроменяющийся фактор, то согласия бы не было.
          Ответить
  • spark  | 30.10.2006 | 14:00 Ответить
    Предлагаю также пообсуждать новость в блогах: http://elementy.ru/blogs/users/spark/8192/
    Ответить
  • Тарасенко  | 17.08.2007 | 07:14 Ответить
    Главная ошибка автора - не знание устройства планеты Земля. Парниковый эффект-это утопия. Опустошение литосферы-это факт. В график температур поставьте график добычи нефти, а с нефтью добывается пластовая вода, газ конечно, а это триллионы тонн в год. А флюид (жидкость) в литосфере является охлождающейся жидкостью для отвода тепла от холодного ядерного синтеза (ХЯС) в ядре и мантии, где этот флюид образуется, а не из осадочных толщ, как учил нас Губкин. Представьте, если с радиатора машины слить жидкость (тосол, вода), что будет с мотором? Но устройство планеты Земля приведет нас к открытию новой энергии! Но мы можем опаздать, так что помагайте искать эту энергию, посмотрите форумы наномир, уфологов, мой сайт, может они помогут Вам понять мои комментарии. С уважением Тарасенко
    Ответить
  • smorod  | 31.08.2007 | 19:40 Ответить
    Экстремальная погода и непрерывное нарастание погодных аномалий связано со входом в Солнечную систему гигантской планеты Нибиру. Существование этой планеты было предсказано учёным Захарией Ситчиным и астрономически установлено американским инфракрасным спутником IRAS в 1983 году. Вход этой планеты в Солнечную систему уже вызвал ослабление магнитного поля Земли, замедление суточного и орбитального вращения, а также стремительное нарастание климатических изменений и погодных аномалий. Однако закончиться это должно сдвигом географических полюсов и глобальной природной катастрофой. Однако официальные власти мировых держав скрывают это ради избежания паники на Земле. Для интересующихся подробностями смотрите мою новую книгу "Стратегия" по адресу www.proza.ru/author.html?smorod
    Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»