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

Карл XII: один против всех Карл XII: один против всех

Почему же Швеция проиграла Северную войну?

Дилетант
Растительная революция: почему новое поколение выбирает «гамбургер с грядки» Растительная революция: почему новое поколение выбирает «гамбургер с грядки»

Как меняются модели потребления мясных продуктов у разных поколений

РБК
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
Жизнь без интернета: как проводили досуг наши бабушки и мамы Жизнь без интернета: как проводили досуг наши бабушки и мамы

А чем занимались девушки раньше, когда Сети не существовало?

Cosmopolitan
Разгадка истории Венеры кроется в её поверхности Разгадка истории Венеры кроется в её поверхности

Активны ли венерианские вулканы сегодня?

Наука и жизнь
Зависть и успех: полезно ли сравнивать свои достижения с чужими? Зависть и успех: полезно ли сравнивать свои достижения с чужими?

Мы неизбежно сравниваем себя с другими, из-за чего упускаем собственное счастье

Psychologies
И стала Россия империей… И стала Россия империей…

Итогом Северной войны стало перерождение России в империю

Дилетант
Самые популярные телеграм-каналы: список лучших Самые популярные телеграм-каналы: список лучших

Составили список интересных каналов, которые можно почитать в Telegram

ТехИнсайдер
«Кто богат детьми, богат и любовью, а любовь всего светлее»: Н.М. Карамзин – отец семейства «Кто богат детьми, богат и любовью, а любовь всего светлее»: Н.М. Карамзин – отец семейства

Николай Карамзин известен как «первый наш историк и последний летописец»

Знание – сила
«Жалею, что мою сестру не отдали в детский дом» «Жалею, что мою сестру не отдали в детский дом»

Что делать, если мать стремится переложить обязанности на других детей?

Psychologies
Млечный путь Млечный путь

Свиньи и дельфины — близкие родственники, а лошадь роднее собаке, чем корове

Вокруг света
Меркурий: факты о ближайшей к Солнцу планете Меркурий: факты о ближайшей к Солнцу планете

Меркурий известен короткими годами, длинными днями и температурами

Популярная механика
Как растянуть севшую после стирки вещь: что делать с хлопком и шерстью Как растянуть севшую после стирки вещь: что делать с хлопком и шерстью

Как восстановить севшую после стирки вещь

VOICE
Как понять, кто ты, и наладить отношения с самим собой Как понять, кто ты, и наладить отношения с самим собой

Что делать, если вырос неуверенным человеком?

РБК
Как животные помогают в тяжелое время: научный и личный опыт Как животные помогают в тяжелое время: научный и личный опыт

Животные дарят человеку и возможность справиться с повышенной тревожностью

РБК
Made in Russia: 5 российских брендов смартфонов Made in Russia: 5 российских брендов смартфонов

Отечественные бренды смартфонов, модели которых сегодня представлены на рынке

CHIP
«Ядерный конец света все не наступал»: почему так сложно предсказать будущее «Ядерный конец света все не наступал»: почему так сложно предсказать будущее

Книга «Прозревая будущее» Мартина ван Кревельда

Forbes
Инспецы: как во времена Великой депрессии иностранцы ехали в СССР Инспецы: как во времена Великой депрессии иностранцы ехали в СССР

Эти люди бежали из других стран в СССР в надежде спрятаться от Великой депрессии

Cosmopolitan
Частичное репрограммирование позволило частично снизить биологический возраст мышей Частичное репрограммирование позволило частично снизить биологический возраст мышей

Как сдвиг клеток сказывается на живом организме?

N+1
Возвращение на кровавый перевал: новые данные о гибели группы Игоря Дятлова Возвращение на кровавый перевал: новые данные о гибели группы Игоря Дятлова

В знаменитом деле о гибели тургруппы Дятлова поставлена очередная точка

Популярная механика
5 причин посмеяться на работе 5 причин посмеяться на работе

Чувство юмора может быть полезным!

Psychologies
Ольга Науменко. Три жизни Ольга Науменко. Три жизни

Ольга Науменко — о своей карьере актрисы и непростой семейной жизни

Коллекция. Караван историй
Трещины на пятках: причины появления и 5 советов по уходу Трещины на пятках: причины появления и 5 советов по уходу

Как ухаживать за трещинами на пятках и когда стоит обратиться к врачу?

РБК
Почему мужчины не просят о помощи и чем это оборачивается Почему мужчины не просят о помощи и чем это оборачивается

Мужчины предпочитают оставаться в одиночестве и делать вид, что проблем нет

Psychologies
Форсунки двигателя: основные виды и частые неисправности Форсунки двигателя: основные виды и частые неисправности

Чем отличаются топливные форсунки двигателя и как чаше всего ломаются?

РБК
Углеродно-азотное покрытие улучшило работу никелевого анода Углеродно-азотное покрытие улучшило работу никелевого анода

Ученые получили рекордно эффективный водородный топливный элемент

N+1
«Братья Карамазовы» от мафии: как Марио Пьюзо написал «Крестного отца», Фрэнсис Форд Коппола — снял, и оба от него пострадали «Братья Карамазовы» от мафии: как Марио Пьюзо написал «Крестного отца», Фрэнсис Форд Коппола — снял, и оба от него пострадали

Как создавался этот «Крестный отец» и чего стоил создателям

Esquire
Subaru Forester. Трудности сурдоперевода Subaru Forester. Трудности сурдоперевода

Отчёт о поездке на новом Subaru Forester

4x4 Club
Весне навстречу Весне навстречу

Куда поехать в путешествие, когда природа просыпается от зимней спячки

Отдых в России
Частоту магнонов увеличили в 60 раз Частоту магнонов увеличили в 60 раз

Ученые продемонстрировали генерацию высших гармоник для спиновых волн

N+1
Открыть в приложении