Современные научные представления об изменении климата и его региональных последствий. Возможность управления климатическими изменени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Рис.2 Изменение ледового покрова в Арктике  сентябрь 1998 г. и сентябрь 2007 г.)

 

  Продолжится уменьшение общего содержания озона в атмосфере и, соответственно, возрастание доли жесткого ультрафиолетового излучения (в районе Сибири отмечается снижение концентрации озона на 15-30%), что ухудшит состояние здоровья населения. В качестве положительных эффектов потепления климата могут рассматриваться экономия энергоресурсов, увеличение продуктивности сельского хозяйства, снижение затрат в строительстве и на транспорте, удлинение срока эксплуатации Северного морского пути и др. По имеющимся оценкам, к середине 21 века продолжительность отопительного периода может сократиться на 1-2 недели в средней полосе России, и на 3 недели и более -- в северных регионах, при этом за счет более теплых зим дефицит тепла в отопительный период уменьшится на 10%-15%[25].

  Особое внимание уделено оценке влияния изменения климата на сельское

хозяйство. Для  сельского хозяйства России баланс положительных и отрицательных последствий изменения природной среды и климата в целом можно оценить как положительный при условии заблаговременной адаптации сельского хозяйства к ожидаемым изменениям. Так, ожидаемые изменения климата с учетом положительного эффекта обогащения атмосферы СО2 в целом благоприятны для развития зернового

хозяйства и  кормовой базы животноводства. Возможны следующие положительные последствия изменений климата на растениеводство:

- рост продолжительности  вегетационного периода,

- продвижение  теплолюбивых культур к северу,

- улучшение  условий зимовки полевых и  садовых культур (при наличии

снежного покрова).

  При удвоении содержания парниковых газов в атмосфере площадь земледельческой зоны РФ возрастет по ориентировочным оценкам в 1,5 раза, а урожай зерновых культур повысится в среднем на 34 %. В 21 веке продолжительность вегетационного периода будет увеличиваться на 3,5 дня за каждые 10 лет. Однако, в отдельных регионах, например в Сибири, падение урожайности зерновых из-за роста засушливости может превысить 20 % и стать критическим для экономики этих регионов.

  Согласно модельным прогнозам в результате потепления в центральной Сибири к 2090 лесов сократится 2 раза, их граница со степью сдвинется на 10 градусов севернее. Степная зона увеличится в южной Сибири на 30 %, площадь опустынивания увеличится в 2 раза [8].

  Виды и экосистемы уже начали реагировать на изменение климата. Мигрирующие виды птиц стали раньше прилетать весной и позже улетать осенью. Существуют прогнозы исчезновения до 30-40% видов растений и животных, поскольку их среда обитания будет изменяться быстрее, чем они могут приспособиться к этим изменениям [9].

  Главным индикатором здоровья является ожидаемая продолжительность жизни (ОПЖ). Оценка влияния на него климатических изменений сложна по структуре и зависит от многих (не только климатических) факторов и явлений локального и глобального характера - от системного кризиса здравоохранения до старения населения, пока имеющийся аналитический инструментарий дает возможность сделать только довольно общие предварительные заключения. Глобальное потепление оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на ОПЖ, для минимизации которых потребуются дополнительные меры адаптации к климатическим изменениям, профилактики связанных с ними заболеваний [7].

 

  Вывод: Факт глобального потепления уже не вызывает сомнений. Данные метеорологических наблюдений свидетельствуют о том, что за последние 100 лет средняя температура поверхности Земли выросла на 0,74 ºС, причем темпы ее роста постепенно увеличиваются. Ведь помимо роста температуры происходит и ряд других, связанных с потеплением изменений в сложной и многосвязной климатическая система Земли. Проявляются они в усилении изменчивости погоды (сильные морозы, сменяющиеся резкими оттепелями зимой, рост числа необычайно жарких дней летом), в увеличении частоты и интенсивности экстремальных погодных явлений (штормов, ураганов, наводнений, засух), усилении неравномерности выпадения осадков, а также таких процессов как таяние ледников и вечной мерзлоты, подъема уровня океана и т.п. Эти и другие проявления климатической изменчивости ежегодно становятся причиной тысяч смертей и наносят ущерб в десятки миллиардов долларов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Причины изменений климата

 

  Основным методом обнаружения изменений климата по данным наблюдений является статистический анализ, а также исследование климатических процессов с помощью физико-математических Глобальных Климатических Моделей (ГКМ).

  Главной движущей силой климата является Солнце. Неравномерное нагревание земной поверхности (сильнее у экватора) является одной из главных причин ветров и океанических течений, а периоды повышенной солнечной активности сопровождаются потеплением и магнитными бурями. Кроме того на климат влияют изменение орбиты Земли, ее магнитного поля, размеров материков и океанов, извержения вулканов. Все это -естественные причины изменения климата. До недавнего времени они определяли изменения климата, в том числе начало и конец долговременных климатических циклов, таких как ледниковые периоды. Солнечной и вулканической активность можно объяснить половину температурных изменений до 1950 года (солнечная активность приводит к повышению температуры, а вулканическая – к снижению) [11].  

  В последнее время к естественным факторам добавился еще один – антропогенный, т.е.  вызванный деятельностью человека. Основным антропогенным воздействием является усиление парникового эффекта, влияние которого на изменение климата в последние два столетия в 8 раз выше влияния изменений солнечной активности [12].

 Таким образом, можно выделить две основные причины изменения климата: естественные и антропогенные факторы.

 

  2.1 Естественные причины

 

 Естественные факторы изменения климата включают изменение солнечной активности, вулканические извержения и изменение количества атмосферных аэрозолей (твердых взвешенных частиц) естественного происхождения, а также смещение орбиты и угла наклона Земли (относительно положения ее оси) [11].

 

  Вулканические извержения

  В результате извержений в атмосферу выбрасываются значительные объемы взвешенных частиц - аэрозолей, они разносятся тропосферными и стратосферными ветрами и не пропускают часть приходящей солнечной радиации. Однако эти изменения не являются долгосрочными, частицы относительно быстро оседают. Так крупное извержение вулкана Санторини в Средиземном море около 1600 г. до н. э. которое, вероятно, привело к падению Минойской империи, значительно охладило атмосферу, что видно по кольцам годового роста деревьев.  
Извержение вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. снизило среднюю глобальную температуру на 30С. В последующий год и в Европе и в Северной Америке лета “не было”, но за несколько лет все исправилось. В результате извержения вулкана Пенатубо в 1991 г. на Филиппинах на высоту 35 км было заброшено столько пепла, что средний уровень солнечной радиации снизился на 2,5 Вт/м2, что соответствует глобальному охлаждению по меньшей мере на 0,5-0,70С. Однако несмотря на это, последнее десятилетие ХХ века стало самым теплым за весь период наблюдений. Заметим, что важна не сила извержения и не количество выброшенного пепла, а то, сколько его было заброшено на большую высоту, на 10 и более км, так как именно это определяет радиационный эффект от извержения [12].  
 
  Солнечный цикл и орбита Земли

 

   Интенсивность солнечной радиации меняется, хотя и в относительно небольших пределах. Прямые измерения интенсивности солнечного излучения имеются только за последние 25 лет, но есть косвенные параметры, в частности активность солнечных пятен, что давно используется для оценки интенсивности солнечной радиации. Кроме изменения потока от Солнца, Земля получает разное количество энергии в зависимости от положения ее эллиптической орбиты, которая испытывает колебания. В течение последнего миллиона лет ледниковые и межледниковые периоды менялись в зависимости от положения орбиты нашей планеты. Меньшие колебания орбиты наблюдались в последние 10 тысяч лет и климат стал относительно стабильным. Однако в любом случае колебания орбиты – явление достаточно инерционное, оно принципиально важно в тысячелетнем масштабе времени, в то время как антропогенное воздействие на климат имеет гораздо более короткий временной масштаб. О том, что касается циклического чередования ледниковых и межледниковых периодов, изменениями в орбите движения Земли относительно Солнца, была сформулирована теория, и вследствие высказана как одна из причин изменения климата, югославским астрономом Миланковичем (Milankovitch) в начале двадцатого столетия [13].  
 
2.2 Антропогенные причины

  К антропогенным причинам относится, прежде всего, повышение концентрации в атмосфере парниковых газов, в основном СО2, образующегося при сжигании ископаемого топлива. Другие причины – выброс аэрозольных частиц, сведение лесов, урбанизация и т.п.[24]  
 
  Баланс солнечной и длинноволновой радиации.

В целом приходящая солнечная радиация (342 Вт/м2) равна  отраженной радиации (107 Вт/м2) плюс исходящая  от Земли длинноволновая радиация (235 Вт/м2). По порядку величины нарушение, вызванное антропогенной деятельностью  составляет менее 3 Вт/м2 или менее 1% от общего баланса. На радиационные потоки большое влияние может оказывать антропогенное изменение подстилающей поверхности, изменение альбедо из-за сведения лесов, таяния снежного покрова и т.п [11]. 
 
Парниковый эффект

  Большинство климатологов в настоящее время связывают рост приземной температуры в 20 веке с усилением парникового эффекта, в связи с увеличением концентрации в атмосфере парниковых газов:

  Водяной пар — основной парниковый газ, ответственный более, чем за 60% естественного парникового эффекта. Антропогенное увеличение его концентрации в атмосфере пока не отмечалось. Однако увеличение температуры Земли, вызванное другими факторами, усиливает  испарение воды океана, что, может привести к росту концентрации водяного пара в атмосфере и – к  усилению парникового эффекта. С другой стороны, облака в атмосфере отражают прямой солнечный свет, что уменьшает поступление энергии на Землю и, соответственно, снижает парниковый эффект.    

  Углекислый газ – наиболее известный из парниковых газов. Естественными источниками СО₂ являются вулканические выбросы, жизнедеятельность организмов. Антропогенными источниками являются сжигание органического топлива (включая лесные пожары), а также целый ряд  промышленных процессов (например, производство цемента, стекла). Углекислый газ, по мнению большинства исследователей, несет основную ответственность за глобальное потепление, вызванное «парниковым эффектом». Концентрация CO₂ за два века индустриализации выросла более, чем на 30% и коррелируется с изменением среднемировой температуры. 

 Метан - второй по значимости парниковый газ. Выделяется из-за утечки на  разработке месторождений каменного угля и природного газа, из трубопроводов, при горении биомассы, на свалках (как составная часть биогаза), а также в сельском хозяйстве (скотоводство, рисоводство) и т.п. Животноводство, применение удобрений, сжигание угля и другие источники дают около 250 миллионов тонн метана в год Количество метана в атмосфере невелико, но его парниковый эффект или потенциал глобального потепления (ПГП) в 21 раз сильнее, чем у СO_2.

  Закись азота –третий по значимости парниковый газ: его воздействие в 310 раз сильнее, чем у СO_2,, но содержится в атмосфере он в очень небольших количествах. В атмосферу попадает в результате жизнедеятельности  растений и животных, а также  при производстве и применении минеральных удобрений, работе предприятий  химической промышленности.    

  Галоуглероды (гидрофторуглероды и перфторуглероды) - газы, созданные для замены озоноразрушающих веществ. Используются в основном в холодильном оборудовании. Имеют исключительно высокие коэффициенты влияния на парниковый эффект: в 140-11700 раз выше, чем у СО₂.Их эмиссии (выделение в окружающую среду) невелики, но быстро возрастают.

  Гексафторид серы –его  поступление в атмосферу связано с электроникой и производством изоляционных материалов. Пока оно невелико, но объем постоянно возрастает. Потенциал глобального потепления равен 23900 ед. 

  Парниковый эффект атмосферы связан с тем, что в атмосфере содержатся парниковые газы, поглощающие тепловое инфракрасное излучение земной поверхности. Основными парниковыми газами в атмосфере являются водяной пар, двуокись азота (углекислый газ), озон, метан и окись натрия. Суммарное радиационное воздействие зависит от концентрации каждого парникового газа, от их радиационных свойств и концентрации других парниковых газов, присутствующих в атмосфере. Для теплового равновесия Земли она должна терять в мировое пространство столько тепла, сколько получает его от Солнца. Интенсивность теплового излучения зависит от температуры поверхности. В отсутствии атмосферы земля излучала бы необходимое количество тепла при температуре поверхности -18⁰С. Для преодоления задержки излучения в атмосфере требуется более высокая температура. В настоящее время это около 15⁰С. Таким образом суммарный парниковый эффект атмосферы составляет 33⁰С. Наблюдаемое увеличение температуры в 20 веке, связанное с усилением парникового эффекта порядка градуса составляет малую долю существующего парникового эффекта. Концентрация углекислого газа в атмосфере с 1850 г. по настоящее время возросла на 31% в результате сжигания органического топлива в процессе деятельности человека. Столь высокого уровня она не достигала ни разу в последние 420 тыс. лет, а возможно, и в последние 20 млн. лет [14].

                                         Рис. 3 Схема парникового эффекта 

 

   Аэрозоли

 Аэрозоли – мелкие частицы, размером в несколько десятых долей микрона, которые находятся в атмосфере во взвешенном состоянии. Они образуются в результате химических реакций между газообразными загрязняющими веществами, от лесных пожаров, сельскохозяйственной деятельности, от выбросов предприятий и транспорта. Аэрозоли делают нижние слои тропосферы (до 10 км) более мутными и рассеивают свет, что понижает температуру приземного слоя атмосферы. Кроме того, аэрозоли усиливают облачный покров, что также приводит к охлаждению. Обычно аэрозоли находятся в атмосфере недолго, при наличии осадков, например, около недели. Поэтому действие аэрозолей достаточно локально[12]. 
 
  Изменения в землепользовании и урбанизация