Потепление климата стало заметно влиять на жизнедеятельность человека

Наука и жизньНаука

Почему изменяется климат?

Доктор географических наук Борис Шерстюков, Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации — Мировой центр данных Росгидромета

Глобальное потепление ярко проявляется в высоких широтах: в Северном Ледовитом океане значительно сократилась площадь ледового покрытия — лёд или полностью отступает, или теряет сплошность. Фото: Wolfgang Kaehler/age Fotostock/Фотобанк Лори

Потепление климата, начавшееся в последней четверти ХХ века, и возрастающее количество экстремальных погодно-климатических явлений стали заметно влиять на жизнедеятельность человека, безопасность его проживания. Периоды потепления были и раньше, например в 1930—1940-х годах, но со временем потепления сменялись похолоданиями и климат возвращался к привычному. Отличие потепления последней четверти ХХ века от более ранних — беспрецедентная скорость повышения глобальной температуры.

Первые предположения о связи изменения климата с хозяйственной деятельностью человека высказывались ещё в ХIХ веке. Тогда это вмешательство усматривали в изменении человеком растительности: именно в том столетии были вырублены огромные лесные территории. Одни исследователи утверждали, что из-за вырубки лесов климат Европы стал суше, а другие, основываясь на данных, полученных на территории Америки, Индии и некоторых других стран, приходили к совершенно другим выводам. То есть если в одних работах истребление леса рассматривалось как причина иссушения климата, то в других — как причина его переувлажнения. Михаил Александрович Боголепов — русский и советский географ — приводит высказывание Эдуарда Брюкнера, немецкого географа и климатолога (Eduard Brückner, 1862—1927): «Какая-то психологическая загадка является перед нами, когда сильнейшие представители науки шаг за шагом утверждают изменения климата (в историческое время) в одной и той же стране, но друг друга исключающие; и не менее важной психологической загадкой является то обстоятельство, что при самых разнообразных и часто противоречащих изменениях лес оказывается козлом отпущения, который должен брать каждый раз всю вину на себя»1.

Пришли другие времена, и теперь не вырубки леса, а его сжигание и сжигание любого другого топлива — угля, газа, нефтепродуктов — рассматриваются как причина изменений современного климата. Почему?

Солнце — источник тепла на Земле. Воздух беспрепятственно пропускает видимое солнечное излучение к поверхности Земли, которое нагревает её. Температура воздуха при этом не изменяется, но затем тепло от поверхности Земли уже в виде более длинноволнового теплового (инфракрасного) излучения уходит в атмосферу. Однако не всё инфракрасное излучение может беспрепятственно пройти через атмосферу и уйти в космос. Водяной пар, углекислый газ и некоторые другие газы обладают свойством поглощения тепловых лучей. Уходящие тепловые лучи, частично поглощаясь в воздухе, повышают его температуру — это парниковый эффект накопления тепла. От концентрации СО2 в атмосфере зависит её способность поглощать уходящее тепло. Чем больше СО2 в атмосфере, тем сильнее парниковый эффект, который теоретически должен задерживать уходящее тепло и повышать температуру воздуха. Но достаточно ли этого дополнительного тепла для заметного изменения климата?

1 Боголепов М. А. Периодические возмущения климата. // Периодические процессы и биосфера. Т. 5, 2006, № 1. С. 32—68.

Климатические модели и их достоверность

Атмосфера — лишь часть климатической системы, в которую также входят взаимодействующие между собой океан, суша, снег, лёд. Малая теплоёмкость атмосферы по сравнению с другими составляющими климатической системы не позволяет заметно измениться температуре воздуха раньше, чем нагреется океан. Для проверки гипотезы о влиянии человека на климат потребовалось создать физико-математическую модель взаимодействий климатической системы и попытаться воспроизвести наблюдаемые изменения климата ХХ века. Такие модели создали во многих ведущих климатических центрах мира. Сначала попытались воспроизвести климат ХХ века без привлечения космических факторов и антропогенных парниковых газов (углекислого газа, метана и др.), предполагая, что климатическая система замкнутая, без внешнего влияния, а все отклонения от нормального состояния климата определяются исключительно её внутренними особенностями и взаимодействиями. Добавили в модели только влияние выбросов пепла вулканами при их извержениях: вулканический пепел в атмосфере задерживает приходящее солнечное излучение и способствует временному понижению температуры воздуха в нижнем слое атмосферы.

Насколько такие модели оказались жизнеспособными, можно понять из графиков изменения глобальной температуры по данным наблюдений и вычисленных модельных оценок той же температуры по годам (рис. 1). Модельные оценки глобальной температуры на Земле получены осреднением для каждого года значений, вычисленных по ансамблю из пяти лучших моделей проекта климата (CMIP5 — Coupled Model Intercomparison Project — Phase 5, международный проект сравнения моделей — фаза 5). На рисунке видно, что, по данным наблюдений, температура во второй половине ХХ века повышалась, а вычисленные по моделям значения температуры не возрастают. То есть одними природными процессами внутри замкнутой климатической системы не удаётся описать наблюдаемое в последней четверти ХХ века потепление климата.

Рис. 1. Изменение по годам глобальной температуры по данным наблюдений и модельные оценки изменения температуры по данным пяти моделей из проекта CMIP5 в предположении отсутствия влияния на атмосферу антропогенных парниковых газов. Вертикальными линиями помечены годы сильных извержений вулканов Санта-Мария, Агунг, Эль-Чичон и Пинатубо. Рисунок из статьи: Hegerl, G.C., F. W. Zwiers, P. et al. 2007: Understanding and Attributing Climate Change. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

Внешние по отношению к климатической системе факторы — это и космические воздействия, и парниковый эффект от выбросов углекислого газа человеком. Однако в дальнейшем задача учёта всех возможных внешних факторов влияния на климат многими исследователями была сужена до проверки антропогенной гипотезы, то есть причины глобального потепления в конце ХХ века априори связали только с деятельностью человека. Другие внешние факторы сочли несущественными.

Антропогенная гипотеза основывается на том, что потепление в конце ХХ века совпало с ускорением развития промышленности, активного роста объёмов сжигаемого топлива и с увеличением выбросов углекислого газа в атмосферу. Но достаточно ли было тепла от антропогенного СО2 для того, чтобы в конце ХХ века изменить глобальную температуру? На этот вопрос модели ответить не могли, поэтому их пришлось настраивать экспериментально путём подбора настроечных коэффициентов так, чтобы приблизить модельные изменения глобального климата в ХХ веке к фактическим данным наблюдений. По этому пути пошли авторы всех моделей климата.

Модели климата содержат более ста настроечных коэффициентов, поэтому вариантов настройки очень много, а физически правильный вариант только один и он неизвестен.

Введение в модели парникового эффекта, вызванного антропогенным углекислым газом, и количественная настройка каждой модели по данным наблюдений позволила эмпирически добиться сходства изменений модельного глобального климата с реальными изменениями по данным наблюдений в ХХ веке (рис. 2).

Рис. 2. Изменение по годам глобальной температуры по данным наблюдений и модельные оценки изменения температуры после эмпирической настройки с учётом предполагаемого влияния антропогенного парникового эффекта. Для модельных оценок использовался ансамбль из 14 лучших моделей климата проекта CMIP5. Вертикальными линиями помечены годы сильных извержений вулканов Санта-Мария, Агунг, Эль-Чичон и Пинатубо. Рисунок из статьи: Hegerl, G.C., F. W. Zwiers, P. et al. 2007: Understanding and Attributing Climate Change. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.

Научных обоснований для подобранных коэффициентов нет. Авторы моделей признают, что подбор коэффициентов — это не наука, а искусство. Не исключено, что при такой настройке ошибки в одних блоках модели нейтрализуются ошибками в других блоках, а вместе модель построена физически неправильно.

Если модель физически правильно построена и все экспериментальные коэффициенты настройки подобраны верно, то она должна описывать не только многолетнее изменение средней глобальной температуры, но и особенности изменений температуры в разных регионах Земли. Однако ошибки оценок региональной температуры по ансамблю из 16 лучших климатических моделей оказались в интервале ±4°С севернее 40° с. ш. в Северном полушарии и южнее 70° ю. ш. в Южном полушарии, а также около ±2°С в средних и приэкваториальных широтах. Эти оценки приведены на картах ошибок (рис. 3). Тем не менее авторы этих 16 моделей сочли возможным сделать вывод о пригодности этих моделей для доказательства антропогенной природы современного потепления климата на десятые доли градуса.

Рис. 3. Ошибки средней температуры за 1980—1999 годы в узлах географической сетки по ансамблю из 16 лучших моделей CMIP5: а — зима; б — лето. Траектории океанических течений: 1 — Антарктическое циркумполярное; 2 — Перуанское; 3 — Южно-Пассатное; 4 — Калифорнийское и Северо-Пассатное; 5 — Куросио; 6 — Гольфстрим; 7 — Норвежское. Цветовая шкала внизу отвечает величине ошибок (в градусах). Рисунок из статьи: Мелешко В. П., Говоркова В. А. Успешность расчёта современного регионального климата с помощью ансамбля моделей CMIP3 и CMIP5. Труды Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова. вып. 568, С.-Петербург, 2013, с. 26—50.

Наибольшие ошибки в описании температуры, которые дают модели для Мирового океана, оказались в районах вдоль траекторий основных океанических течений: Антарктического (вокруг Антарктиды), Перуанского (вдоль побережья Перу), Северного и Южного пассатных течений в приэкваториальной части Тихого океана, Калифорнийского (у побережья Калифорнии) и Северо-Атлантического в Атлантике. Это заметно на рис. 3 при сравнении цветных полей ошибок с траекториями течений.

Наилучшая проверка надёжности существующих моделей — сравнение прогнозов климата, составленных ранее, с фактическими данными современных наблюдений. Сравним прогнозы климата ведущего климатического центра мира — The Meteorological Office (сокращённо Met Office — Метеорологическое бюро Великобритании), опубликованных ранее, с современными данными наблюдений. (В Великобритании прогноз климата делают по своей собственной модели, которая признана одной из лучших в мире.) В 2003 году предполагалось, что дальнейшее потепление будет усиливаться возрастающими темпами по экспоненте, но этого не случилось, обнаружилась пауза в потеплении климата, хотя накопление СО2 в атмосфере продолжалось. При составлении нового прогноза в 2011 году учли ошибку модели, скорректировали начальные условия и опять спрогнозировали интенсивный рост температуры на несколько ближайших лет. Но уже в 2012 году предположили, что пауза в потеплении может затянуться, поэтому в новом прогнозе от декабря 2012 года прогностическую температуру понизили. В прогнозе 2016 года от стабилизации отказались и опять спрогнозировали интенсивное потепление до 2020 года (рис. 4). Необходимость частой подстройки вызывает ещё большее недоверие к прогностическим моделям, по которым делается судьбоносный вывод о доминирующей роли человека в современном глобальном потеплении климата.

Рис. 4. Наблюдаемая (чёрный цвет) и прогнозируемая (синий цвет) глобальная среднегодовая аномалия температуры относительно нормы за 1850—1900 годы. Красным цветом показаны предыдущие прогнозы по 22 моделям проекта CMIP5. В прогнозе 2016 года зелёным цветом показан интервал, в котором находятся 90% всех прогнозных значений температуры: а) прогноз составлен в декабре 2003-го и в декабре 2011 года; б) прогноз от декабря 2012 года; в) прогноз от декабря 2016 года. Рисунок с изменениями из источника: www.metoffice.gov.uk/ ”Weather and climate change - Met Office/OGL-UK-3.0. Сглаженные кривые построены автором.

Изменение климата в 1800— 2019 годы и количество антропогенных выбросов углекислого газа

Охват всех регионов Земли инструментальными метеорологическими наблюдениями начинается с середины ХХ века. В более ранние годы наблюдения не проводились в удалённых незаселённых регионах планеты, поэтому надёжные данные о средней глобальной температуре существуют примерно с 1950 года. Модели климата настраивались на коротких рядах, в этом отчасти их недостаток. Но по некоторым метеорологическим станциям наблюдения имеют двухвековую историю. Ряды длительных наблюдений по отдельным станциям позволяют анализировать особенности климата в эпоху до начала интенсивных выбросов СО2 в атмосферу и сравнивать их с особенностями изменений климата во второй половине ХХ века. Такое сравнение — дополнительная проверка правомерности антропогенной гипотезы.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Сказка об утраченных глаголах, или Как торопиться, да не оторопеть Сказка об утраченных глаголах, или Как торопиться, да не оторопеть

Понять, как в сочетании слов проговаривается нечто большее

Наука и жизнь
О чем сейчас кричит наше тело? О чем сейчас кричит наше тело?

Почему немеют руки, почему зажаты мышцы или ощущается напряжение в челюсти?

Psychologies
Путь на Олимп Путь на Олимп

Как возродилась древняя традиция Олимпийских игр

Вокруг света
Борис Мессерер: «Наш брак с Беллой иначе как тридцатилетней войной не называю...» Борис Мессерер: «Наш брак с Беллой иначе как тридцатилетней войной не называю...»

«Белла не умеет сочинять по заданию!» — говорил я Майе Плисецкой

Караван историй
«Горький мир» «Горький мир»

Российское общество тяжело переживало последствия Русско-японской войны

Дилетант
Объясняем всё на пальцах Объясняем всё на пальцах

Внешний вид человека может рассказать о работе организма очень многое

Лиза
Мифы и реалии анестезиологии Мифы и реалии анестезиологии

Анестезиология — terra incognita не только для пациентов, но и для многих врачей

Наука и жизнь
Шато Внутренняя Монголия. Как Китай становится винной державой Шато Внутренняя Монголия. Как Китай становится винной державой

Как разбираться в китайском вине

СНОБ
Иван Васильевич меняет биографию Иван Васильевич меняет биографию

Как физики расследуют преступления, совершенные сотни лет назад?

Популярная механика
Mazda CX-9. Неочевидное благородство Mazda CX-9. Неочевидное благородство

Лучшие модели автомобилей для России разрабатывались, как ни странно, в США

4x4 Club
Черные грибы Чернобыля Черные грибы Чернобыля

Жизнь способна укротить даже смертоносную радиацию и использовать ее во благо

Популярная механика
История одной песни: «Русские», Стинг, 1985 История одной песни: «Русские», Стинг, 1985

Один из любимейших в России шлягеров 80-х на самом деле дает повод для раздумий

Maxim
Последний из динозавров Последний из динозавров

Суперкары Lamborghini Huracan Evo должны жить на идеальных гоночных трассах

Популярная механика
Египетские мумии с луком, Франкенштейн вегетарианец и кабаны, моющие еду: 50 сумасшедших фактов, поражающих воображение Египетские мумии с луком, Франкенштейн вегетарианец и кабаны, моющие еду: 50 сумасшедших фактов, поражающих воображение

Эти 50 фактов вы точно не знали!

Популярная механика
Что делать, если вас раздражают привычки партнера? Что делать, если вас раздражают привычки партнера?

Претензии по мелочам могут подточить даже самые крепкие отношения

Psychologies
Все ради искусства: 5 фильмов, для съемок в которых актеры занимались реальным сексом Все ради искусства: 5 фильмов, для съемок в которых актеры занимались реальным сексом

Эти актеры и актрисы отдались картине без остатка

Playboy
Так, как надо Так, как надо

Сегодня действительно время Артёма Быстрова

OK!
«Мне приходится дома скрывать, что встречаюсь с парнем» «Мне приходится дома скрывать, что встречаюсь с парнем»

Сепарация — это в первую очередь задача ребенка

Psychologies
Сжечь его чемодан: 5 главных ошибок женщин при расставании Сжечь его чемодан: 5 главных ошибок женщин при расставании

Как женщины сами увеличивают силу страданий от расставания?

Cosmopolitan
Отпуск, приключение, эмиграция: личные истории тех, кто только что уехал из страны Отпуск, приключение, эмиграция: личные истории тех, кто только что уехал из страны

Как они решились на переезд и как справляются в новых условиях?

Psychologies
Встреча в Сандунах Встреча в Сандунах

Как правильно париться, какой пар «легкий», а какой «тяжелый»?

Отдых в России
Сергей Минаев — об Эдуарде Лимонове, герое апрельской обложки Esquire и последнем большом русском писателе Сергей Минаев — об Эдуарде Лимонове, герое апрельской обложки Esquire и последнем большом русском писателе

Сергей Минаев вспоминает, как впервые познакомился с литературным Лимоновым

Esquire
«Происхождение. Как Земля создала нас» «Происхождение. Как Земля создала нас»

Отрывок из книги Льюиса Дартнелла о роли геологических процессов в истории людей

N+1
Когда (и почему) Константинополь стал Стамбулом? Когда (и почему) Константинополь стал Стамбулом?

Почему Константинополь стал опорой власти османских султанов

Популярная механика
Распространённое лекарство от артрита даёт надежду на лечение облысения Распространённое лекарство от артрита даёт надежду на лечение облысения

Препарат от артрита эффективно лечит очаговую алопецию

Популярная механика
Мозговой штурм Мозговой штурм

Чем искусственный мозг способен помочь детям с генетическими заболеваниями

Harper's Bazaar
Усейн Болт оказался быстрее динозавра Усейн Болт оказался быстрее динозавра

Как узнать, кто быстрее — человек или динозавр?

N+1
Элемент золотой подвески из Новгорода изготовили из римской мозаики Элемент золотой подвески из Новгорода изготовили из римской мозаики

Необычный медальон нашли во время раскопок остатков дома начала XIII века

N+1
Слезы умиления: 5 самых трогательных поступков знаменитых отцов Слезы умиления: 5 самых трогательных поступков знаменитых отцов

Папа может — это про знаменитых героев нашей подборки

Cosmopolitan
Голос разума Голос разума

Ноосферное развитие: алтайский рецепт спасения планеты

Цифровой океан
Открыть в приложении