Климаты будущего

Климатолог Александр Кислов о математических моделях изменения климата, геоинжиниринге и последствиях глобального потепления

19.01.2016
9 131

Прогноз климатических изменений, которые должны произойти в будущем, представляет собой фундаментальную проблему, имеющую очень важное практическое значение. Это практическое значение определяется тем, что при изменении климата происходят существенные изменения состояния окружающей среды, которые влекут за собой изменения в экономике, экологии, и не учитывать их просто невозможно. Понимание этого обстоятельства привело к тому, что изменения климата являются сейчас проблемой номер один, стоящей перед мировым сообществом.

Как прогнозируются изменения климата? Для этой цели разработан такой аппарат, как математическое моделирование. На основе уравнений термогидродинамики созданы математические модели циркуляции океана и атмосферы, учитывающие всю циркуляцию, энергетику прихода тепла от потери тепла системы. Эти блоки объединены с моделями, описывающими процессы на суше и ледниках, в них включены необходимые биогеохимические превращения, определяющие динамику важных компонентов атмосферы, таких как углекислый газ, который приводит к изменению парникового эффекта. И это такой монстр, он реализован на компьютерах и представляет собой математическую модель климата. Или это, как в последнее время стали называть, «математическая модель земной системы», подчеркивая, что сюда включаются уже не только океаны и атмосфера, но уже и биогеохимия, живая растительность на материках, которая тоже живет, имеет сезонный ход, флуктуирует, меняется в процессе эволюции вместе с полями, такими как температура, соленость в океане. Все это живет жизнью внутри моделей.

Вечная мерзлота как источник парниковых газовГеолог Елизавета Ривкина о запасах метана в вечной мерзлоте и увеличении среднегодовой температуры

Модели эти исключительно сложны. Чтобы представить себе, что это такое, можно предложить такой пример. Все представляют в настоящее время, что такое компьютерная игра. Это в некотором смысле что-то похожее на компьютерную игру, только неизмеримо более сложной конструкции. Еще одна оценка: нужны сотни человеколет, чтобы сделать такую работу. Владея такой моделью, можно пытаться прогнозировать изменения климата в будущем. Но как это сделать? Нужно, стартуя от современного или предыдущего климата (обычно так и делается, когда идет старт модели от предыдущего климата). От середины XVIII века в настоящее время она стартует, и идет интегрирование по времени, то есть идет расчет всех метеорологических величин и полей в океане, характеристик растительности, все это рассчитывается по времени, доходит до современного состояния и уходит в будущее. Таким образом получается прогнозирование климата в будущем. Чтобы обеспечить этот ход, чтобы модель не танцевала около какого-то одного значения, а ушла в будущее, показав изменения климата, нужно эти изменения задать. Чтобы их задать, используются так называемые сценарии климата. Сценарии климата представляют собой фактически некоторую зависимость по времени выбросов парниковых газов или интенсивности тех объектов, которые это делают, в зависимости от времени. Это очень сложно, представить себе, как это будет в дальнейшем развиваться. И на эту тему работают целые институты, которые разрабатывают прогнозы, учитывающие и демографию, и энергетику, и возможные переходы на альтернативное топливо, а возможно, и непереходы на это топливо. Но только никаких футурологических идей сюда не закладывается. Это все, что мы знаем и можем планировать, все закладывается в эти оценочные модели (они называются интегральные оценочные модели), и на их выходе получается кривая изменений выбросов парниковых газов, которая уже закладывается в большую климатическую модель или в модель земной системы, и дальше происходит расчет изменений климата.

Сценарии, конечно, обладают огромными неопределенностями. Чтобы с ними как-то бороться, придумали делать сценарии жесткие и мягкие. Рассмотрим сценарий жесткий. Есть некоторое следствие, что нас ждет в конце столетия по жесткому сценарию. Первое — глобальное потепление. Практически повсеместно температуры поднимутся на несколько градусов, наиболее интенсивен подъем в Арктике. Он связан с тем, что исчезнут многолетние льды, а их исчезновение приведет к тому, что огромные просторы, в настоящее время покрытые льдами, откроются. И если надо льдом температура была ниже нуля, то, когда эти площади будут открыты, температура существенно поднимется. Поэтому аномалия в Арктике наиболее высокая. Температура — раз. Второе — рост уровня Мирового океана. По разным сценариям он разный, но примерно 50–70 сантиметров — вот, что глобально ожидается. Это немалая величина. Есть регионы (очень красиво изображаются места в виде фотографий), как те места, которые уйдут под воду, например Флорида — она должна вся утонуть. Какие еще изменения могут ожидаться? Ледники, горные ледники деградируют повсеместно. Они деградируют уже сейчас, будут делать это и дальше. Существенно поползет Гренландия, она будет разрушаться, особенно со своей обращенной к западу периферией. С Антарктидой проблема совершенно неясна. Скорее всего, она останется в стабильном состоянии. Как это понять? Вроде идет потепление климата, а Антарктида остается в стабильном состоянии? Тут очень важно понимать, что таяние происходит, когда не просто повышается температура, а когда температура переходит через ноль. А она там во многих местах и не перейдет через ноль. Потепление обычно сопровождается приносом больших теплых воздушных масс, больших порций осадков. И это дополнительно будет высыпаться, вываливаться в Антарктиде, приводя даже к росту, по некоторым сценариям, ее объема.

Изменение состояния вечной мерзлоты. Оно происходит уже в настоящее время, будет происходить и дальше. Этот процесс, с одной стороны, выглядит как очень приятный: не будет вечной мерзлоты, и это замечательно. Но если учесть, что сейчас вся инфраструктура — дороги, аэродромы, путепроводы — построена на вечной мерзлоте, на сваях, вбитых в мерзлый грунт, а теперь этот грунт поехал и поедет еще больше, то вы понимаете, какие огромные капиталовложения должны быть сделаны, чтобы спасти все это от разрушения.

FAQ: Изменение ледников в Арктике6 фактов о таянии ледников, их расположении и климатическом потеплении

Экология. В больших городах происходит усиление глобального потепления за счет того, что в городах становится вдвойне теплее — не только по глобальным причинам, но и из-за самого города. Это приводит к тому, что жизнь в городах становится более тяжелой. Некоторые болезни идут вслед за глобальным потеплением. Не расшифровывая этих связей, можно уверенно говорить о малярии. Малярия будет захватывать те северные районы (Северное полушарие), где ее никогда не было раньше. Хотя мы понимаем, что малярия — социальная болезнь, ее никуда не убрать, но у нее есть сильная климатическая составляющая. Она идет за глобальными температурами и будет продвигаться к северу.

Поскольку проблема очень важная, нужно пытаться бороться с этим злом, которое, несомненно, является злом, и одно из направлений борьбы — это международные договоренности в виде протоколов, которые направлены на ограничение выбросов парниковых газов в атмосферу. Известен Киотский протокол, но он был заведомо обречен на неудачу, если рассматривать именно такой аспект, потому что те заложенные в него квоты и цифры были очень маленькие, они не могли остановить процесс, тем более что в него не были включены развивающиеся страны, его не ратифицировали Соединенные Штаты. Вошла в договор и потом тут же вышла из него Канада, то есть далеко не все государства его поддержали. Если посмотреть на годы действия Киотского протокола и на ход роста концентрации углекислого газа, то как росла год от года эта концентрация, так она росла и в годы Киотского протокола. Сейчас в скором времени будет попытка заключения нового протокола, но неизвестно, какой он будет и будет ли он заключен.

Что делать кроме заключения протоколов? Это адаптация, смягчение, приспособление к новым условиям. И существует некий эволюционный подход, когда говорят, что мы можем применить некие технологии, которые ликвидируют эффект от глобального потепления. Это направление называется геоинжиниринг. Там есть несколько направлений работы. Назову только два из них. Одно из них заключается в том, что нужно поставить условное зеркало, закрывающее путь солнечных лучей, чтобы на Земле образовывалась некая тень или полутень. Такой путь представляется реальным, но неизмеримо дорогим. Путь второй — попытаться пойти по тому пути, которые нам подсказывают природные процессы. Имеются в виду мощные вулканические извержения, когда выбрасываются в атмосферу облака, содержащие огромное количество сернистого газа, он превращается в аэрозоль, этот аэрозоль покрывает весь земной шар, при этом несколько снижается температура. Существует идея, что можно самостоятельно формировать такие облака, и, таким образом, расчеты на математических моделях действительно показали, что можно температуру снизить. В чем здесь проблема? В том, что снижение глобальной температуры, как оказалось, не приведет к восстановлению климатических условий в каждом регионе, к которым мы привыкли. То есть получится, что климат все равно изменится, несмотря на то что среднее значение придет к прежней цифре. Это во-первых. Во-вторых, экологические вещи совершенно не оценены — постоянное выбрасывание серы в стратосферу приведет к тому, что она все равно будет оседать. И не очень понятно, к какому эффекту приведут кислотные дожди — серные, обусловленные серной кислотой. Поэтому в настоящее время идеи геоинжиниринга не находят своего реального воплощения.

Профессор, доктор географических наук, заведующий кафедрой метеорологии и климатологии МГУ им. М.В. Ломоносова
Узнал сам? Поделись с друзьями!
    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    12 408
  • 2
    ПостНаука
    3 873
  • 3
    Михаил Соколов
    2 505
  • 4
    Андрей Цатурян
    2 366
  • 5
    Татьяна Тимофеева
    2 336
  • 6
    Роман Бевзенко
    1 412
  • 7
    Сергей Афонцев
    1 367
  • Новое

  • 3 873
  • 649
  • 2 336
  • 1 367
  • 1 412
  • 2 505
  • 12 408
  • 2 366