Современное глобальное потепление, как предвестник очередного малого ледникового периода - Глава 1

Печать
Опубликовано: 01.03.2012 20:31

Глава 1: Глобальное потепление – катастрофа или закономерность?

 Во второй половине 20-го столетия ученые отметили устойчивую тенденцию в повышении глобальной температуры - среднегодовое значение температуры воздуха, измеренной на высоте 2-х метров в соответствии с международными метеорологическими стандартами (Рис.1). По данным Национального агентства США по аэронавтике и исследованию космического пространства, за 30 лет с 1965 по 1995 гг., на планете стало теплее, в среднем, на 0,4°C, а за столетие – на 0,8°С. В Северном полушарии средний рост температуры приземного слоя воздуха оказался на 0,3°С больше, чем в Южном, над континентами он достиг 1,6°С, а над океаном – 0,8°C. Следует отметить, что это довольно существенный рост температуры, который соответствует повышению средних температур в зимние месяцы в средних широтах на несколько градусов (Рис. 2).

рис 1

Рис 1.

В конце 20-го столетия стали очевидны изменения климата и во многих регионах Европы. Особенно заметно потеплели зимы. Во многих районах, где в зимнее время наблюдались устойчивые морозы и снежный покров, зимы стали мягкими и малоснежными.

Стали нередкими такие погодные катаклизмы, как наводнения и сильные ветра, жаркая погода и засухи – летом, являющиеся причиной сильных и продолжительных пожаров. Многие такие погодные катаклизмы приводят не только к огромному экономическому ущербу, но и к гибели людей.

рис 2

Рис 2. 

Произошедшие в 20-м веке глобальные и региональные климатические изменения ставят перед человечеством, и в первую очередь перед учёными, много различных вопросов. Среди них - следующие:

-      Какие факторы оказали решающее влияние на произошедшие изменения климата?

-      Какими будут глобальные и региональные изменения климата в ближайшие десятилетия?

-      Каковы возможные последствия этих изменений?

Для того, чтобы попытаться найти ответы на эти вопросы, необходимо представить физическую картину происходящего.

Под "изменением климата" в последнее время часто понимается антропогенное изменение, однако, не ясно, насколько оно значимо.

Ведущие российские учёные (заключение совета-семинара РАН от 14 мая 2004 «Суждение совета-семинара РАН о возможном антропогенном изменении климата и проблеме Киотского протокола») признают факт потепления, но отмечают «высокую степень неопределённости того, что потепление происходит только за счёт антропогенного воздействия». Современные знания о климате свидетельствуют о неоднократных, подобных современному потеплению, относительно быстрых климатических изменениях. Поэтому принятие антропогенного воздействия как основной причины современного глобального потепления не является бесспорным.

Климат формируется под влиянием ряда естественных факторов. По отношению к климатической системе их можно разделить на внутренние и внешние.

К внутренним факторам относятся геофизические - параметры Земли как планеты с циркуляцией атмосферы и океана. К внешним факторам относятся процессы, происходящие на Солнце и в Солнечной системе в целом, а также изменения геометрии земной орбиты. В долгопериодные (десятки и сотни тысяч лет) колебания климата наибольший вклад вносят, по-видимому, факторы, связанные с изменениями параметров орбиты Земли (теория М. Миланковича (1)).

Расчёты Миланковича касаются климата следующим образом. Угол наклона земной оси к эклиптике изменяется с периодом около 41 тыс. лет; прецессия земной оси имеет средний период около 21 тыс. лет; эксцентриситет земной орбиты имеет два периода: "стотысячелетний" (от 93 до 136 тысяч лет) и около 41З тысяч лет. Эпохи оледенения начинаются при минимуме инсоляции. Это происходит при максимальном экцентриситете и минимальном наклоне земной оси, а в силу прецессии оси, лёд, образовавшийся зимой, не успевает растаять летом.

Долгое время (астрономическая теория колебаний климата М. Миланковича была разработана в 1913 г.) климатологи считали, что вариации инсоляции, вызываемые возмущениями земной орбиты, слишком слабы, чтобы быть причиной возникновения и прекращения ледниковых эпох, однако названные выше периоды были в общем подтверждены данными палеоокеанологии (2,3,4-6). Несколько позже были получены доказательства влияния изменений в орбитальном движении Земли на климатические условия в тропиках (в частности на муссоны (7,8,9) и, даже, зависимости количества атмосферных газов СО2 и СН4 от астрономических циклов в колонках ледникового льда, добытых бурением в Гренландии и Антарктиде (10,11).

С другой стороны, теория Миланковича не объясняет сравнительно короткопериодных колебаний климата: в прошедшем тысячелетии это были два значительных потепления - 11-13 веков и в конце тысячелетия и похолодание 14-17 веков (малый ледниковый период). На интервалах 1000 лет и менее приобретают значение факторы соответствующих периодов: изменения инсоляции, солнечная активность, а также непериодические факторы - вулканическая деятельность и аэрозоли вообще, антропогенные воздействия и т.п.

рис 3

Рис 3. Реконструированные и фактические (сглаженные по 45 годам) температуры Центральной Англии, Китая (аномалии) и реконструированное число Вольфа.

Изменения инсоляции для объяснения названных колебаний климата, по-видимому, недостаточны (12). По некоторым оценкам (13) их энергетический вклад не превышает 0,5 w/м2, от вулканической деятельности на порядок больше. Однако корреляционная связь между индексом вулканической деятельности и различными реконструкциями глобальной температуры (-0,15 - -0,28) значительно слабее, чем в случае солнечной активности (0,65-0,90), см. также рис. 3, где показаны средние значения солнечной активности и реконст­руированных температур Центральной Англии (14) и Китая .(15) за последнее тысячелетие.

На Рис. 4 показана также тесная связь между солнечной активностью и количеством осадков в Англии.

рис 4

Рис 4. Скользящее среднее по [i-22; i+22]-годам солнечной активности (Wa) и годового количества осадков в Англии (Ra). Показаны соответствующие линейные тренды.

Несмотря на то, что прямой суммарный энергетический вклад изменений солнечной активности мал (13), между солнечной активностью и температурой имеется достаточно тесная связь (Рис. 3, (16)). Уместно предположить, что существует механизм влияния солнечной активности на эффективное излучение Земли, приводящий к усилению «парникового эффекта».

Суть «парникового эффекта» заключается в присутствии в верхних слоях атмосферы парниковых газов, основными составляющими которых является водяной пар (около 2-4%) и углекислый газ (около 0,04%), которые почти беспрепятственно пропускают к поверхности Земли коротковолновое видимое солнечное излучение и задерживают часть теплового длинноволнового излучения, направленного от Земли в космос. По мнению большинства исследователей, водяной пар не может быть первопричиной усиления «парникового эффекта», так как для увеличения его концентрации, требуется, в свою очередь, повышение температуры. На этом основании делается вывод – основной причиной усиления «парникового эффекта» может являться рост концентрации углекислого газа, который обусловлен  «антропогенным фактором». Технологическая революция, которая произошла в конце 19-го столетия, привела к резкому увеличению выбросов углекислого газа в составе промышленного загрязнения атмосферы. Измерения и имеющиеся реконструкции (17) показывают, что рост концентрации углекислого газа действительно наблюдался и в 19-м и, особенно сильно, в 20-м столетиях. Значит вот она причина глобального потепления! Остается только смоделировать этот процесс с учетом обратных связей и можно рассчитать, дальнейшее повышение глобальной температуры. Нетрудно понять что, если вышеизложенная гипотеза верна, то человечество быстро приближается к глобальной катастрофе. Следуя этой логике большинство промышленно развитых стран, в свое время, подписали Киотсткий протокол, согласно которому они принимают на себя обязательства ограничить выброс в атмосферу «парниковых» газов и, прежде всего, углекислого газа. Однако, даже некоторое уменьшение количества выбросов лишь оттянет наступление вышеупомянутой катастрофы. Наиболее пессимистичное моделирование показывает, что уже примерно через 50 лет растают полярные «шапки», а еще через 50 лет почти вся вода на Земле испарится.

Но так ли это? Ведь, как показывают различные исследования  и анализ исторических летописей (12), в прошлом, колебания температуры происходили неоднократно. Мало того, даже в 11–13-х веках отмечалось значительное потепление климата, а в течение 14–17 веков - похолодание (малый ледниковый период). Эти колебания температуры абсолютно необъяснимы с точки зрения теории антропогенного воздействия на атмосферу. Невозможно также объяснить эти изменения и незначительными изменениями светимости Солнца, тем более, что периоды повышения светимости соответствовали периодам похолодания. Но вот что интересно, периодам потеплений климата соответствовали периоды повышения солнечной активности (количество солнечных пятен, характеризуемое числом Вольфа), и наоборот – периодам похолодания соответствовали периоды понижения солнечной активности.

Этот факт  и позволяет допустить существование некого физического механизма, связывающего изменения «парникового эффекта» с изменениями солнечной активности.

Но что это за механизм? Еще в 60-е годы японский ученый Обаяши заметил, что с усилением солнечной активности в спектре солнечного излучения доля ультрафиолета увеличивается в 30-50 раз (21).

А при чем, скажете вы, здесь ультрафиолет? Увеличение ультрафиолета приводит к увеличению, в верхних слоях атмосферы, концентрации ионов (заряженных частиц), являющимися ядрами конденсации водяного пара и усиливающими процесс образования там капелек воды или ледяных кристаллов, другими словами облаков. Подобный эффект был продемонстрирован русским ученым А.А. Дмитриевым в специальных камерах Вильсона, в которых воздух, с концентрацией паров воды близкой к насыщению, облучался ультрафиолетом (12). При этом в камере происходила конденсация водяного пара и образовывался туман.

Таким образом, в качестве вышеупомянутого физического механизма, можно предположить, например, увеличение перистой, перламутровой и серебристой облачности в верхних слоях атмосферы при увеличении солнечной активности, что воспринимается человеческим глазом как изменение оттенка небосвода от синего к голубому. Это приводит к изменению «парникового эффекта», к изменению теплосодержания и циркуляции атмосферы и океана и, как следствие, к изменению приземной температуры.

На основе большого количества данных наблюдений за перистой облачностью, А.А. Дмитриев и др. показали, что в периоды высокой солнечной активности действительно увеличивается количество перистых облаков.

На рис. 5 приведена схема связи процессов, приводящая к изменению климата, которая и была реализована в математической глобальной тепло-балансовой физико-статистической модели развития климата (23).

рис 5

Рис 5. 

Результаты моделирования глобальной температуры показаны на рис. 6.

рис 6

Рис 6.

Видно, что эта модель глобальной температуры хорошо имитирует ход фактически наблюдавшейся глобальной температуры и, кроме того, в отличии от модели, основанной на изменении концентрации углекислого газа, объясняет основные климатические события прошедшего тысячелетия (потепление в 11–13-х веках и малый ледниковый период в 14–17 веках).

Поэтому вполне резонно предположить, что антропогенный фактор лишь усиливает процесс естественного современного потепления климата. Этот вывод подкрепляется еще одним интересным результатом, полученный нами в результате моделирования. Так оказалось, что скорость изменения концентрации углекислого газа тесно связана с моделируемой эффективной температурой мирового океана (рис. 7).

рис 7

Рис 7.

А это значит, что изменение концентрации углекислого газа, является не столько причиной, сколько следствием потепления.

Действительно, около 90 процентов углекислого газа растворено в мировом океане и при нагревании он выделяет углекислый газ в атмосферу. Наоборот, в случае похолодания океан поглощает углекислый газ. Например, величина ледниковой шапки, покрывающей Северный Ледовитый океан, определяется средней температурой в полярной области. Малейшее потепление приводит к уменьшению шапки, увеличивается площадь открытой воды, отдающей углекислый газ в атмосферу.

Таким образом, вместо дальнейшего прогрессирующего потепления мы, вероятнее всего, уже в ближайшие десятилетия, получим глобальное похолодание со всеми вытекающими последствиями и это, не смотря на то, что концентрация углекислого газа в атмосфере будет еще некоторое время повышаться (рис 8).

рис 8

Рис 8.

Давайте вернемся к изменениям глобальной температуры (рис. 1) и региональной среднегодовой температуры Калининграда (рис. 2). На рис. 1 показано сглаженное число Вольфа, мы видим, что в последнем столетии наблюдался беспрецедентный рост солнечной активности, а в последние два десятилетия начинается ее общее понижение. Находит ли этот факт отражение на ходе глобальной и региональных температур? И здесь можно вполне определенно сказать, что да. Рост глобальной и региональной температур прекратился и, судя по всему, достиг своего максимума, а в последние годы, возможно, уже начинается формирование трендов понижения вышеупомянутых температур (см. на этих же рисунках – тенденции за последние годы).

Калининградский ЦГМС - филиал ФГБУ "Северо-Западное УГМС". При публикации размещенных на сайте материалов ссылка на источник  обязательна. Представленная информация носит справочный характер и не может использоваться в коммерческих целях.