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

11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Где нужно убираться каждую неделю, а где – раз в месяц: правила чистоты Где нужно убираться каждую неделю, а где – раз в месяц: правила чистоты

Календарь уборки – что, как и насколько часто нужно мыть

Популярная механика
В 44 году до н. э. В 44 году до н. э.

В Риме убили Юлия Цезаря

Вокруг света
Пролог к мировым войнам Пролог к мировым войнам

Русско-японская война стала шоком отнюдь не только для России

Дилетант
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
Сон в гробу за четыре пенса и другие услуги «Армии спасения»: история одного из самых гнусных изобретений человечества Сон в гробу за четыре пенса и другие услуги «Армии спасения»: история одного из самых гнусных изобретений человечества

Кого и от кого спасала "Армия спасения"?

Популярная механика
Полуостров вулканов Полуостров вулканов

Камчатка — самая вулканически активная зона планеты

Вокруг света
Как испытывали знаменитую водородную бомбу Сахарова Как испытывали знаменитую водородную бомбу Сахарова

Первая советская водородная бомба РДС-6с – знаменитая «слойка Сахарова»

ТехИнсайдер
«Авось пронесет» — не национальная русская черта, а свойство мозга. Нейрофизиология и финансы «Авось пронесет» — не национальная русская черта, а свойство мозга. Нейрофизиология и финансы

Почему мы безалаберно относимся к деньгам и что нам мешает откладывать

СНОБ
Физики научились адресно управлять слоями ультрахолодных молекул Физики научились адресно управлять слоями ультрахолодных молекул

Физики учатся исследовать новые фазы молекулярного вещества

N+1
Гитлер. Поход во власть Гитлер. Поход во власть

Человек, создавший Третий рейх, был, несомненно, злым гением

Дилетант
5 простых способов сэкономить, которые помогут выжить 5 простых способов сэкономить, которые помогут выжить

5 действенных способов сэкономить деньги

Популярная механика
«Никто не хочет играть с таким ребенком» «Никто не хочет играть с таким ребенком»

Как получить тьютора в детский сад

СНОБ
Эволюция человеческого вида. Что делает нас людьми, кроме интеллекта, голоса и маленьких зубов Эволюция человеческого вида. Что делает нас людьми, кроме интеллекта, голоса и маленьких зубов

Что отличает людей от всех других представителей животного мира?

Популярная механика
Брови-антиэйдж: три формы, которые сделают тебя визуально моложе Брови-антиэйдж: три формы, которые сделают тебя визуально моложе

Какая форма бровей может сделать тебя визуально моложе и свежее!

Cosmopolitan
12 упражнений для ног: техника выполнения и советы тренера 12 упражнений для ног: техника выполнения и советы тренера

Упражнения, которые помогут прокачать мышцы ног

РБК
По праву вождения По праву вождения

«Сядь за руль моей машины»: о пользе Чехова

Weekend
«Толпа фаундеров с квадратными глазами»: как Ереван стал для россиян новой Долиной «Толпа фаундеров с квадратными глазами»: как Ереван стал для россиян новой Долиной

С какими трудностями столкнулись россияне при переезде бизнеса в Армению?

Forbes
Просто быть в искусстве. О программах и попечителях главного театра страны Просто быть в искусстве. О программах и попечителях главного театра страны

О работе Фонда попечителей Большого театра

СНОБ
Эффект Барнума: почему предсказания и гороскопы сбываются Эффект Барнума: почему предсказания и гороскопы сбываются

Почему кажется, что гороскопы написаны прямо про тебя?

Cosmopolitan
График уборки квартиры: что нужно мыть каждый день, а что – раз в год График уборки квартиры: что нужно мыть каждый день, а что – раз в год

Оптимальный календарь уборки – что, как и насколько часто нужно мыть

Популярная механика
Евгений Матвеев. Любовь земная. Интервью с дочерью актера Светланой Евгений Матвеев. Любовь земная. Интервью с дочерью актера Светланой

Дочь Евгения Матвеева рассказывает о своем знаменитом отце

Караван историй
«Сердцеедки» в России: брачные аферистки свели в могилу 11 мужчин «Сердцеедки» в России: брачные аферистки свели в могилу 11 мужчин

Брачные аферистки из Краснодарского края беспощадно расправлялись с мужчинами

Cosmopolitan
В темноте и за углом: американские солдаты получат высокотехнологичные очки для ближнего боя В темноте и за углом: американские солдаты получат высокотехнологичные очки для ближнего боя

«Системы дополненного зрения» помогают солдатам видеть в темноте

Популярная механика
Александр Траугот Александр Траугот

Интервью с художником Александром Трауготом, на иллюстрациях которого мы выросли

Собака.ru
6 полезных свойств боярышника 6 полезных свойств боярышника

Какую пользу боярышник может принести организму

РБК
Улыбка на миллион: как сэкономить на стоматологе и безопасно отбелить зубы дома Улыбка на миллион: как сэкономить на стоматологе и безопасно отбелить зубы дома

Простые способы сделать свои зубы светлее на несколько тонов

Cosmopolitan
10 первых моделей японских автомобилей 10 первых моделей японских автомобилей

Первые модели современных японских автопроизводителей

Популярная механика
A бабушка говорила… A бабушка говорила…

Советы старших, которые работают и в XXI веке

Лиза
Роман Ляпин: Роман Ляпин:

Художник Роман Ляпин уверен, что именно творчество лечит от любых депрессий

Караван историй
Открыть в приложении