Антропогенные изменения климата: модели и прогнозы

Многообразие факторов изменения климата принято подразделять наиболее общим образом на внутренние (т.е. процессы, происходящие в самой климатической системе, включающей атмосферу, океан, деятельный слой суши и криосферу) и внешние по отношению к климатической системе. Последние, в свою очередь, подразделяются на естественные (временные вариации потока энергии от Солнца, концентрации вулканических аэрозолей в атмосфере и т. д.) и антропогенные (в глобальном масштабе это в основном изменения концентрации активных составляющих в атмосфере, а также изменения природных ландшафтов, растительности, гидрологического цикла в результате хозяйственной деятельности)^[1][2].

Определенные возможности для оценки климатических изменений связываются с климатами Земли, существовавшими в геологическом прошлом. Действительно, закономерности изменения климата Земли в прошлом, вызвавшие значительные изменения ландшафтов, растительности, газового состава атмосферы, дают обширный материал как для понимания происходящих в природной среде процессов, так и для прогноза ее будущего состояния. Методами палеоклиматологии установлены, в частности, связи между потеплениями глобального климата и концентрацией С02 в атмосфере в плейоценовый климатический максимум (100—18 000 лет назад), в межледниковый период (125 000 лет назад), а также изучены климатические условия всех ледниковых эпох^[3].

К основным антропогенным процессам, вызывающим климатические изменения, относятся накопление газов антропогенного происхождения и аэрозолей в атмосфере и изменение альбедо (величины, характеризующей соотношение между потоком солнечной радиации и отражающей поверхности Земли). Сегодня еще не следует причислять к основным факторам изменения климата энтропийный эффект прямого нагревания атмосферы за счет выделения тепла при использовании всех видов энергетических ресурсов (за исключением гидрои ветроэнергии). Оценки М. И. Будыко показывают, что эти притоки тепла в атмосферу составляют тысячные (реже сотые) доли от солнечной энергии, поступающей к ней. Несколько иное положение наблюдается в крупных индустриальных ареалах. Здесь эффект прямого нагревания атмосферы мог бы оказаться весьма существенным, если бы он не сглаживался механизмами атмосферной циркуляции мезомасштабного уровня. Выводы о динамике климата у Будыко не всегда совпадают для отдельных регионов, но оказываются общими по знаку глобальных аномалий температуры и количеству осадков: к 2030—2050 гг. температура воздуха может повыситься на 2,1—3,2°С, а количество осадков в целом по планете увеличится на 2—5%, что будет свидетельствовать об «ускорении» цикла глобального влагообмена¹.

Антропогенные изменения климата особенно велики при ландшафтнодеструкционных типах воздействия, при которых наиболее сильно изменяется величина интегрального альбедо поверхностей. При вырубке лесов трансформируется микроклимат. Накапливая влагу и отражая прямую солнечную радиацию развитой поверхностью множества листьев, лес формирует умеренно жаркий и влажный микроклимат. Поверхность вырубок за несколько лет превращается в пустыню — это в странах с теплым климатом, а в умеренных и высоких широтах наряду с увеличением альбедо нарушаются обменные процессы (влагой, кислородом, С0₂)^[4][5].

Процесс опустынивания обязан своим происхождением увеличению альбедо на 12—18%. Из-за уменьшения испарения оно приводит к развитию над поверхностью турбулентного перемешивания большой интенсивности, что способствует ветровой эрозии, мульчированию и высыханию почвы, превращая ландшафт в пустыню. За последние 30 лет в Южной Америке, Азии и Африке расширение площадей, занятых пустынями, оценивается 3—4 млн км^[5].

Альбедо изменяется при мелиорации и орошении, уменьшаясь на 10—12% на открытом водном зеркале, составляющем не менее 40% всей площади, подвергаемой направленному воздействию. Это обстоятельство становится существенным, если учесть, что 0,4% общей поверхности суши, т. е. около 2 млн км^[5], ныне орошается. В регионах интенсивного орошения среднегодовая температура воздуха может повышаться за счет рассматриваемого фактора на 0,3°С. Однако при этом возрастает облачность всех форм, что снижает названную выше величину^[8].

Повышение глобальной температуры воздуха, по мнению ряда ученых, может привести к таянию ледников Антарктиды и Арктики и к подъему уровня Мирового океана. По оценкам Всемирной климатической конференции, получается, что к середине XXI в. будет подъем не более чем на 1 м. Как это отразится на затоплении материков? Около 85 млн км^[5] суши имеет высоту над уровнем океана от 0 до 50 м; расчеты показывают, что затоплено может быть около 0,17 млн км^[5]*^[11]).

Все сказанное выше позволяет утверждать, что антропогенное влияние существенно меняет свойства земной атмосферы и условия ее теплового взаимодействия с нарушенными ландшафтами. Однако создать сегодня модель региональных изменений климата еще нельзя. Циклические процессы в атмосфере, природа многих из которых не ясна, могут внести в антропогенные модели изменения климата серьезные поправки. Что касается погоды, то мы все являемся свидетелями антропогенных ее изменений. Это и качество воздуха, и смоги, ухудшающие видимость, и кислотные дожди.

Атмосфера способна к перераспределению по горизонтали и по высоте концентраций вносимых в нее веществ. Более того, она имеет много механизмов самоочищения. Эти процессы описываются таким параметром, как потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА). Потенциал загрязнения бывает физическим и статистическим. Физический ПЗА учитывает дистрибутивные способности атмосферы в конкретный момент времени в конкретной точке на основе анализа полей температуры, ветра, влажности воздуха и их вертикальных градиентов. Слабые ветры, большая влажность и инверсии температуры формируют высокий ПЗА. Сильный ветер, неустойчивая стратификация температуры способствуют самоочищению атмосферы и уменьшают уровень приземного загрязнения воздуха. Статистический потенциал загрязнения показывает долю сроков наблюдений из всей их совокупности за определенный период времени (сутки, декаду, месяц), когда уровень фонового загрязнения превышал ПДК хотя бы по одному из измеряемых ингредиентов. Легко видеть, что статистический ПЗА является лишь способом оперативно оценить физический ПЗА. Существуют методики расчета переноса эмиссий механизмов турбулентного обмена в атмосфере. В них включены как условия выброса (высота трубы источника, мощность эмиссии (т/с), температура выброса), так и условия среды (ее метеорологические характеристики). Система мониторинга позволяет решить ряд практических вопросов по оценке фонового загрязнения атмосферы и закономерностей его пространственного распределения^[12].

Изменения региональных свойств погоды и климата, вызванные рассмотренными выше видами антропогенных воздействий, находят свое проявление и в глобальных процессах в атмосфере. Так, перераспределение значений температуры воздуха из-за измененных величин альбедо вносит свои поправки в установившиеся законы общей циркуляции атмосферы, приводит к неустойчивости рядов климатической системы в форме сезонных и годовых ее трендов.

Так как большинство людей живет сейчас в городах, важно указать, что города не только загрязняют воздух, но и изменяют климат. Города представляют собой «тепловые ловушки», которые, во-первых, способны поглощать солнечное тепло на вертикальных поверхностях, а во-вторых, производят избыточное тепло за счет большого количества разнообразных машин. В средних широтах температура воздуха в городах на 1—2°С выше, а влажность па 6% ниже, чем в окружающей сельской местности. Так как в городе содержание пыли в воздухе на 10% выше, то частота туманов также выше — на 30—100% (наибольшая разница — зимой), осадков больше на 10%, солнечная инсоляция ниже на 15%, а ультрафиолетовая.

радиация — на 5—30%^[13]. Все официальные отчеты настаивают на крайней осторожности при проведении любых экспериментов по изменению погоды, какие бы выгоды в настоящее время они ни сулили. Поскольку человек уже изменил, хотя и неумышленно, климат как в локальном, так и в глобальном масштабе, контролируемые эксперименты по изменению погоды следует, вероятно, проводить, прежде всего, для того, чтобы суметь предотвратить последствия тех изменений погоды, которые уже происходят.

• [1] См.: Данилов-Данилъян В. И., Лосев К. С. Экологический вызов и устойчивое развитие.
• [2] См.: Будыко М. И. Изменения климата.
• [3] См.: Там же.
• [4] См.: Петров К. М. Геоэкология.
• [5] См.: Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем.
• [6] См.: Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем.
• [7] См.: Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем.
• [8] См.: Данилов-Данильян В. И., Лосев К. С. Экологический вызов и устойчивое развитие.
• [9] См.: Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем.
• [10] См.: Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем.
• [11] См.: Даиилов-Данильян В. И., Лосев К. С. Потребление воды: экологический, экономический, социальный и политический аспекты
• [12] См.: Будыко М. И. Климат в прошлом и будущем.
• [13] См.: Одум Ю. Основы экологии.