Размещено на http://www.allbest.ru/

3

УДК 910:911

Изменения глобального климата: реальность, предположения и вымыслы

К.Я. Кондратьев

Аннотация

протокол киото парниковый климат

К.Я. Кондратьев. Изменения глобального климата: реальность, предположения и вымыслы.

В контексте опубликования третьего отчета Межправительственной группы экспертов по проблеме изменений климата (МГЭИК-2001), провала 6-й конференции представителей государств, подготовивших Международную рамочную конвенцию по проблеме изменений климата (РКИК), и подготовки к Всемирному саммиту по устойчивому развитию («Рио+10») обсуждена необоснованность рекомендаций Протокола Киото о сокращении выбросов парниковых газов в атмосферу и надуманность «гибких механизмов» (в том числе «торговли выбросами») предотвращения прогнозируемых опасных изменений глобального климата в 21-м веке. Анализ имеющихся данных наблюдений и неопределенность результатов численного моделирования климата с целью его прогнозов позволяют сделать вывод о необходимости коренной ревизии РКИК и отказа от Протокола Киото.

Содержание

Введение

1. Данные наблюдений

1.1 Температура воздуха

1.2 Протяженность снежного и ледяного покровов

1.3 Уровень поверхности и теплосодержание верхнего слоя океана

1.4 Другие параметры климата

1.5 Концентрация парниковых газов и антропогенного аэрозоля в атмосфере

2. Результаты численного моделирования климата и их достоверность

Заключение

Литература

Введение

Беспрецедентно возросшее за последние несколько десятилетий внимание к проблемам климата (это относится, в частности, и к средствам массовой информации) безусловно стимулировало развитие как чисто научных, так и прикладных разработок, что обеспечило достижение значительного прогресса в понимании причин современных изменений климата, закономерностей палеоклимата и в обосновании сценариев возможных изменений климата в будущем (речь идет именно о сценариях, а не прогнозах, возможности которых следует оценивать как сомнительные) [1-155]. К сожалению, слишком большую роль в росте внимания к проблемам климата сыграли различного рода спекулятивные преувеличения и апокалиптические прогнозы (например, - полного таяния арктических морских льдов в первой половине текущего столетия), благодаря которым проблематика изменений климата, сформулированная в форме концепции антропогенно обусловленного глобального потепления, стала острым предметом геополитики [2, 7, 9, 31, 82]. Как по меньшей мере парадоксальную следует рассматривать такую ситуацию, когда президенты и премьер-министры различных стран вступают в дискуссию о том, следует ли считать Протокол Киото научно обоснованным документом, как это произошло, например, в США [47]. Запутанность ситуации определяется, в частности, отсутствием достаточно четкой и согласованной терминологии. Если отвлечься от очень сложного положения с определением понятия климата (эта тема требует отдельного обсуждения), то следует напомнить, например, что до самого последнего времени понятие «изменение климата» определялось как антрогенно обусловленное изменение климата, хотя одна из главных нерешенных проблем состоит в отсутствии убедительных количественных оценок вклада антропогенных факторов в формирование глобального климата (никто не сомневается, однако, что антропогенные воздействия на климат существуют). В международных документах, содержащих анализ современных представлений о климате, широко использовалось понятие «консенсуса» относительно содержащихся в подобных документах научных выводах, как если бы развитие науки определялось не различием взглядов и соответствующими дискуссиями, а всеобщим согласием по тем или иным конкретным вопросам. Помимо дефиниций, важное значение имеет проблема размытости и неопределенности концептуальных оценок, касающихся различных аспектов климатической проблематики.

Отмеченные (и другие) обстоятельства приобретают особую актуальность в контексте запланированного на сентябрь 2002 г. в Йоганнесбурге (Южно-Африканская Республика) Всемирного совещания на высшем уровне по устойчивому развитию (еще одна неясная дефиниция: понятие «устойчивого развития» до сих пор не имеет согласованного определения, причем это особенно относится к русскоязычному термину). Есть все основания считать, что на совещании «Рио + 10» центральное место займет именно климатическая проблематика. На совещании восьми государств («Г-8») в Генуе (июль 2001 г.) по предложению президента России В. В. Путина было принято решение провести в 2003 г. в Москве Всемирную конференцию по климату. В этой связи уместно напомнить, что несомненный успех Второй конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992г.) - КОСР и последовавшей через 5 лет Специальной Сессии Ген. Ассамблеи ООН «Рио+5» (Нью Йорк, 1997г) состоял лишь в привлечении внимания правительств и общественности к проблемам глобальных изменений и устойчивого развития. К сожалению, оба эти всемирных форума были плохо подготовлены. Пожалуй, главным признаком неудовлетворительной подготовки явился провал попыток разработать «Хартию Земли», призванную сформулировать и обосновать приоритеты. Вместо этого был одобрен очень аморфный и декларативный документ - «Декларация Рио» [9, 82].

Три глобальные экологические проблемы обоснованно привлекают в настоящее время главное внимание : 1) изменения климата («глобальное потепление»); 2) судьба слоя озона в стратосфере; 3) замкнутость глобальных биохимических круговоротов (концепция биотической регуляции окружающей среды). Печальный парадокс состоит в том, что, несмотря на убедительно обоснованную в научной литературе первичность третьей из этих проблем и вторичность двух других, документы КОСР отображают отсутствие должного понимания того концептуально важного обстоятельства, что основополагающее значение имеет последовательность событий: социально-экономическое развитие (стимулируемое ростом численности населения) > антропогенные воздействия на биосферу > последствия подобных воздействий для окружающей среды (климат, озон и т.п.).

Результатом такого рода непонимания явилось выдвижение на передний план проблемы «глобального потепления», выразившееся в принятии крайне неудачной, дезориентирующей и несправедливой по отношению к развивающимся странам «Рамочной конвенции ООН по проблеме изменений климата» (РКИК), необоснованно сфокусированной на антропогенном происхождении наблюдаемого глобального потепления климата и рекомендуемом (для промышленного развитых стран) сокращении выбросов в атмосферу парниковых газов (прежде всего речь идет об углекислом газе).

В декабре 1997 г. в Киото (Япония) прошла третья конференция государств-подписантов РКИК (более 160 государств), сконцентрированная на долгих и острых дискуссиях о том, можно ли принять требование о сокращении выбросов СО₂ к 2008-2012 г.г., в среднем, около 5 % (по отношению к выбросам на уровне 1990 г.). И это, несмотря на всю абсурдность подобной дискуссии и отсутствие в настоящее время каких-либо заметных успехов в сокращении выбросов СО₂ (глобальные выбросы продолжают и будут расти не только в развивающихся, но и во многих промышленно развитых странах, включая США). Естественно, что позиция развивающихся стран состоит в том, что их главный приоритет - подъем жизненного уровня людей, а не свертывание промышленности ради сокращения выбросов СО₂. Именно последнее является, однако, условием ратификации РКИК, выдвинутого США и другими странами «золотого миллиарда». История РКИК - лишь одна из иллюстраций гигантской (главным образом бюрократической) активности, поглощающей ежегодно сотни миллионов долларов (вместо инвестирования их в развитие науки). По данным отчета Глобального экологического фонда (ГЭФ) на 30 июля 1998 г. ассигнования на осуществление 267 проектов ГЭФ составили 1,9 млрд. долл. США [108]. Следует напомнить, что лишь в конференции в Киото участвовало около 10 тыс. человек. Весьма многочисленной оказалась и недавняя (ноябрь 2000 г.) конференция в Гааге (СОР-6), а также совещание в Бонне (июль 2001 г.), в котором участвовали представители 178 стран (в основном, - чиновники, а не специалисты).

Можно подумать, что описанная ситуация является следствием неразработанности научных основ проблематики глобальных изменений. Подобный вывод справедлив лишь отчасти, поскольку еще в 1990 г. были опубликованы, например, монографии [3, 6], посвященные обсуждению ключевых аспектов глобальной экологии. В.Г. Горшков [3, 56] выдвинул и обосновал основополагающую концепцию биотической регуляции окружающей среды, а К.Я. Кондратьев [6-14, 81-85] продемонстрировал необоснованность «парниковой» гипотезы глобального потепления и привлек внимание к необходимости изучать климатическую систему «атмосфера - океан - суша - ледяной покров - биосфера» с учетом всей сложности обратных связей между ее интерактивными компонентами. Серьезному анализу подверглась проблема глобальной системы наблюдений, особенно в части, касающейся разработок в области дистанционного зондирования и использования соответствующих данных наблюдений [5-9, 82-84, 109]. Особое место занимает проблема изменчивости атмосферного озона [85].

Ограничиваясь в остальном ссылками на литературу, обратимся к краткому комментарию по поводу проблематики глобальных изменений климата как наиболее ярко отображающей существующие заблуждения. Самые важные обстоятельства состоят в следующем: 1) данные наблюдений (пока еще неадекватные с точки зрения их полноты и надежности) отнюдь не содержат отчетливого существования антропогенно обусловленного подтверждения «глобального потепления» (особенно это касается данных наземных наблюдений в США, в Арктике и результатов СВЧ-спутникового дистанционного зондирования); 2) если усиление парникового эффекта атмосферы, обусловленное предполагаемым удвоением концентрации СО₂ в атмосфере, составляет около 4 Вт/мІ, то неопределенности, связанные с учетом климатообразующей роли атмосферного аэрозоля и облаков, а также с введением т. наз. «потоковой поправки» при численном моделировании климата, достигают десятков и даже 100 Вт/мІ [9, 18, 82-84, 131]; 3) результаты численного моделирования климата, обосновывающие гипотезу «парникового глобального потепления» и якобы согласующиеся с данными наблюдений, представляют собой не более, чем подгонку к данным наблюдений; 4) опирающиеся на эти результаты рекомендации об уровнях сокращения выбросов ПГ лишены смысла (их осуществление может иметь, однако, далеко идущие негативные социально-экономические последствия). По данным осуществленного Т. Уигли [148, 149, 150] численного моделирования (если верить в его реалистичность) даже полная реализация рекомендаций Протокола Киото способна обеспечить лишь снижение среднегодовой среднеглобальной приземной температуры воздуха (ПТВ), не превосходящее нескольких сотых долей градуса.

За последние годы серьезное внимание привлек анализ неопределенностей (неполноты) численного моделирования климата. Пожалуй, наиболее серьезным источником неопределенностей является неадекватность учета интерактивных процессов в системе «аэрозоль - облака - радиация» [13, 34, 81-84]. Не вызывает сомнений, что сложнейший аспект численного моделирования климата связан с учетом интерактивной динамики биосферы, что можно проиллюстрировать двумя конкретными примерами, которые, разумеется лишь в малой степени отображают сложность проблемы.

Для объяснения обнаруженного по данным наблюдений за период 1951-1993 гг. уменьшения амплитуды суточного хода приземной температуры воздуха (DTR) около 3-5 К, происшедшего в результате более быстрого повышения минимальной, чем максимальной температуры, предлагалось учесть влияние различных факторов: изменений количества облаков, содержания водяного пара и тропосферного аэрозоля, турбулентности и влажности почвы. Положительные тренды первых трех из перечисленных факторов могли привести к уменьшению суммарной радиации днем и к росту противоизлучения атмосферы (LWD) ночью, тогда как следствием изменений интенсивности турбулентного перемешивания и влажности почвы могли быть вариации тепло- и влагообмена между подстилающей поверхностью и атмосферой, которые должны оказаться значительно более существенными днем, чем ночью.

Наличие сильно проявляющейся интерактивности климатообразующих процессов и недостаточная адекватность их параметризации в моделях климата серьезно осложняет оценки вкладов различных механизмов уменьшения DTR. В связи с этим Г. Коллатц и др. [38] предприняли численное моделирование реакции суточного хода температуры покрытой растительностью поверхности суши на изменения внешнего возмущающего воздействия и биофизического состояния растительного покрова с использованием приближенной модели биосферы суши SiB2 при заданных метеорологических условиях, соответственно различным сценариям, позволяющим воспроизвести возможное воздействие интерактивной динамики растительного покрова на DTR.

Анализ результатов численного моделирования показал, что увеличение LWD обусловливает повышение температуры воздуха над растительным покровом T_m ночью, способствуя снижению DTR, тогда как изменения T_m или рост T_m + LWD (именно это может произойти в условиях глобального потепления), благоприятствуют повышению как минимальной, так и максимальной температуры, что определяет незначительность влияния этих факторов на DTR. Подобная реакция обусловлена главным образом влиянием суточного хода аэродинамической устойчивости и радиационного баланса.

Многие численные эксперименты по моделированию климата основаны на использовании моделей общей циркуляции атмосферы (GCM) в сочетании с моделями процессов на поверхности суши (LSM). Результаты подобных численных экспериментов существенно зависят от особенностей взаимодействия между GCM и моделями LSM, предназначенными для воспроизведения обмена радиацией, количеством движения и энергией между подстилающей поверхностью и атмосферой. Стремление к учету всего разнообразия экосистем, существующих на суше, привело к сильному усложнению LSM путем включения в них подмоделей, учитывающих процессы фотосинтеза, динамику растительного покрова и биогеохимические круговороты, что обеспечило радикальное повышение реалистичности моделей.

На основе использования простой модели биосферы SiB как одной из версий LSM были В. Ким и др. [80] выполнили различные численные эксперименты по чувствительности, результаты которых показали, что важное значение имеет не только чувствительность SiB ко многим морфологическим параметрам растительного покрова, но также и такой фактор как чувствительность транспирации высокого растительного покрова к параметрам, характеризующим сопротивление растительного покрова. Усовершенствованная модель SiB2 обеспечила учет биогеохимических процессов, определяющих обмен водяным паром, энергией и углекислым газом между подстилающей поверхностью и атмосферой. Было выполнено сравнение результатов численного моделирования процессов на испытательном участке рисового поля в Таиланде (1703 с.ш., 9942 в.д.) с использованием моделей SiB2 и модифицированной модели SiB2-Paddy (рисовые чеки) в сочетании с мезометеорологической моделью GAME-Tropics (GAME - муссонный эксперимент в Азии, осуществленный в рамках глобального полевого эксперимента GEWEX по изучению круговоротов энергии и воды) с данными метеорологических наблюдений во время сезона дождей (1-6 сентября 1999 г.).

Сравнение выявило хорошее согласие результатов, полученных с применением двух рассматриваемых моделей, с данными наблюдений суточного хода радиационного баланса и потока скрытого тепла, за исключением величин последнего, рассчитанных по модели SiB2. Удовлетворительно согласуются с наблюдаемыми потоки скрытого тепла и тепла в почве, а также скорости усвоения углерода по модели SiB2-Paddy, но использование модели SiB2 связано с существенными систематическими погрешностями. При использовании некоторой подгонки параметров модель SiB-Paddy обеспечивает получение вполне достоверных значений температуры почвы, воды и растительного покрова. Достаточно адекватными оказались результаты вычислений радиационного баланса, а также балансов энергии и воды, скрытого тепла и скорости усвоения углекислого газа. Подобные результаты создают определенные перспективы для адекватного учета биосферы как интерактивного компонента климатической системы.

П. Де Роснай и др. [115] получили оценки достоверности используемых в моделях общей циркуляции атмосферы (МОЦА) схем параметризации процессов на поверхности суши с точки зрения соответствия данным наблюдений рассчитанных значений среднегодовых потоков энергии и влаги в зависимости от детальности учета вертикальной структуры почвы. Результаты вычислений свидетельствуют о наличии сильной зависимости потоков от вертикального разрешения. Достаточно адекватной оказывается 11-слойная схема параметризации тепло- и влагопереноса в почве при толщине верхнего слоя, равной 1 мм. Возможности реализации схемы с таким тонким верхним слоем не ясны, однако, если учесть, что горизонтальное разрешение МОЦА составляет сотни километров. Решение такого рода задачи требует дальнейших усилий.

Важную часть проблемы численного моделирования климата воставляет сложный комплекс вопросов, касающихся химии атмосферы. Хорошо известно, например, что существенное влияние на формирование поля концентрации такого парникового газа как тропосферный озон (ТО) в различных условиях (город, региональные и глобальные распределения) оказывают различные короткоживущие малые газовые компоненты (МГК) - предшественники озона, к числу которых относятся: окислы азота (NO_x NO + NO₂), метан (СН₄), многие органические соединения, водород и окись углерода (СО). Каждый из этих МГК характеризуется наличием специфических природных (биосферных) и антропогенных источников.

Поскольку ТО является парниковым газом, выбросы упомянутых МГК могут оказывать косвенное воздействие на формирование парникового эффекта атмосферы, влияя на поле концентрации ТО. Помимо этого, МГК - предшественники ТО изменяют поле концентрации гидроксила и, следовательно, - окислительную способность тропосферы. В свою очередь распределение концентрации гидроксила в тропосфере контролирует время жизни и, таким образом, уровень концентрации метана в глобальных масштабах.

Отмеченные обстоятельства определяют сложную интерактивность процессов, определяющих прямое и косвенное воздействие на формирование парникового эффекта атмосферы. Р. Дервент и др. [41] описали глобальную трехмерную лагранжеву модель STOCHEM, воспроизводящую химические процессы с учетом переноса МГК и использованную для воспроизведения взаимосвязанных полей концентрации ТО и метана в условиях выбросов в атмосферу таких короткоживущих предшественников тропосферного озона как СН₄, СО, NO_x и водород. При этом радиационное возмущающее воздействие (РВВ) выбросов NO_x зависит от местоположения выбросов: у подстилающей поверхности или в верхней тропосфере, в северном или в южном полушариях. Для каждого из короткоживущих МГК - предшественников ТО вычислены значения глобального потенциала потепления (GWP) по данным интегрирования реакции метана и тропосферного озона на возмущающие воздействия за срок 100 лет. Введение GWP означает оценку РВВ, например, за счет выброса 1 Тг любого из МГК, рассчитанного (на срок 100 лет) как эквивалентного (по РВВ) выброса углекислого газа. В случае совместного воздействия метана и ТО значение GWP составило 23,3.

Анализ результатов вычислений показал, что косвенное РВВ за счет изменений содержания метана и ТО оказалось значительным в случае всех рассмотренных МГК - предшественников тропосферного озона. Если РВВ, обусловленное изменениями метана, определяется главным образом влиянием выбросов самого метана, то в случае ТО оно контролируется всеми МГК - предшественниками, особенно окислами азота. Связанное с тропосферным озоном косвенное РВВ может быть настолько значительным, что МГК - предшественники ТО должны рассматриваться как входящие в список тех МГК, которые следует учитывать в оценках возможных изменений климата и тех мер, которые необходимы для их предотвращения.

Несмотря на «антикиотские» заявления президента Д. Буша, заголовки многих американских газет в январе 2001 г. характеризовались наличием драматического накала: «Ученые публикуют страшные прогнозы потепления; убыстряющееся смещение климата предвещает глобальное бедствие в этом столетии» («Washington Post»); «Потепление Земли порождает новый сигнал опасности» («International Herald Tribune») и др., причиной которого стали новые сценарии изменений климата в 21-м веке, согласно которым подобные изменения могут оказаться более значительными, чем предполагавшиеся ранее. Согласно данным третьего отчета Межправительственной группы экспертов по проблеме изменений климата (МГЭИК-2001), повышение среднегодовой среднеглобальной приземной температуры воздуха (ПТВ) может к 2100 г. достигнуть 5,8С по сравнению с настоящим временем [72]. Пять лет тому назад (МГЭИК-1996) соответствующая оценка составляла лишь 3,5С.

Как справедливо отметил Р. Керр [78], еще более важное значение имеет то обстоятельство, что предполагаемый диапазон возможного повышения ПТВ оказался более широким, чем ранее. Для многих специалистов в области численного моделирования климата это не было, однако, неожиданным, поскольку эта область все еще находится на начальной стадии развития, а, кроме того, численное моделирование вынуждено опираться на использование очень ограниченного объема данных наблюдений: даже длина ряда данных по ПТВ составляет лишь около 100 лет.

Хотя большинство специалистов полагает, что наблюдавшееся глобальное потепление было, вероятно, обусловлено, в основном, ростом концентрации парниковых газов, в некоторых отношениях диапазон оценок возможных изменений климата не сократился, но расширился.

Основные неопределенности оценок изменений климата включают три аспекта: 1) обнаружение глобального потепления по данным наблюдений; 2) атрибуция глобального потепления как антропогенно обусловленного; 3) прогноз изменений климата в будущем. По мнению Р. Керра [78] новые данные Отчета МГЭИК-2001 сужают диапазон неопределенностей в отношении первых двух упомянутых аспектов проблемы, но прогнозы климата будущего стали еще менее определенными. Согласно МГЭИК-2001, наблюдавшееся глобальное потепление составило 0,6 0,2С (на уровне статистической значимости, равном 95%), причем «… бульшая часть потепления, наблюдавшегося за последние 50 лет, была, вероятно (с вероятностью в пределах 66% - 90%), обусловлена ростом концентрации парниковых газов». Поскольку одна из основных причин неопределенностей численного моделирования климата все еще связана с неадекватностью учета климатообразующей роли атмосферного аэрозоля и облаков. Д. Кил (Нац. центр исследований атмосферы) отметил в этой связи: «чем больше мы узнаем об аэрозоле, тем лучше понимаем, как мы мало знаем о нем». Это в особенности касается оценок влияния аэрозоля на облака и, соответственно, - на климат, которые варьируют в очень широких пределах.

К сожалению, роль неопределенностей численного моделирования климата не получила должной оценки в Отчете МГЭИК-2001 [72]. Именно это побудило многих специалистов подвергнуть Отчет серьезной критике [12, 44, 46, 56, 122, 152].

В контексте проблематики глобальных изменений вопросы, связанные с оценками происходящих в настоящее время и возможных в будущем изменений глобального климата, занимают несомненно центральное место [87]. Хотя до сих пор в этих оценках сохраняется доминирование концепции «глобального потепления», о чем свидетельствует Третий отчет МГЭИК (Межправительственной группы экспертов по проблеме изменений климата) [72], следует думать, что это не более, чем инерция развивавшихся ранее спекулятивных представлений, мотивация которых была далекой от науки, что было убедительно проанализировано С. Бомер-Кристиансен [2]. Наглядной иллюстрацией противоречивости оценок, касающихся климата, могут служить радикально противоположные суждения на этот счет, высказанные двумя кандидатами на пост президента США в предвыборной компании [47]. Если А. Гор давно известен как горячий сторонник концепции «глобального потепления» и Протокола Киото, то мнение Д. Буша характеризуется следующими суждениями: «Я возражаю против (экологической) политики, подобной соответствующей Протоколу Киото, которая привела бы к радикальному повышению цен на бензин, нефтепродукты для отопления жилых домов, природный газ и электричество. Такого рода соглашение сильно повысило бы нагрузку на экономику США, не обеспечивая защиты от нежелательных изменений климата. Протокол Киото неэффективен, неадекватен и несправедлив по отношению к Америке, поскольку он исключает 80% мира из участия в выполнении рекомендаций Протокола, включая такие основные центры концентрации населения как Китай и Индия». Согласно позиции Д. Буша, главное значение имеет разработка новых экологически чистых технологий и использование рыночных механизмов, включая свободу от регулирования рынков электричества и природного газа, налогообложения, а также «торговлю выбросами». (Д. Буш полагает, что природный газ и атомная энергия будут играть важную роль в снижении опасной зависимости США от иностранной нефти и обеспечении энергоресурсов страны в 21-м веке). Соглашаясь с радикальной критикой Протокола Киото (ПК), заметим, однако, что суждения Д. Буша о рыночных механизмах либо специфичны для США, либо (в случае «торговли выбросами») являются по меньшей мере спорными.

Убедительной иллюстрацией несостоятельности ПК является неудача Шестой конференции (СОР-6) представителей государств, подписавших Рамочную конвенцию ООН по проблеме изменений климата (РКИК), состоявшейся 13-24 ноября 2000 г. в Гааге (7000 участников этой конференции представляли 182 правительства. 323 межправительственных и неправительственных организаций и 443 средства массовой информации). Член конгресса США Д. Бартон (республиканец из штата Техас) заявил, что если Д. Буш победит на выборах (что, как известно, произошло), то он будет рекомендовать ему, чтобы США отказались от Протокола Киото и начали переговоры с целью освободить экономику от необоснованных экологических ограничений, поскольку «То, что мы видим здесь (на СОР-6) представляет собой в высшей степени бесполезное упражнение или, в лучшем случае, - упражнение в фантазировании, а поэтому ничто, обсуждавшееся в течение этой недели, не должно найти поддержки голосованием в положительном смысле».

Интересно в этой связи, что если исполнительный директор ЮНЕП (Программы ООН по окружающей среде) К. Топфер отверг предложение рассматривать атомную энергию как важную перспективу для энергетики будущего, то представители США и Японии заявили в Гааге, что они готовы были бы поддержать финансирование проектов по атомной энергетике в развивающихся странах, имея в виду снижение выбросов углекислого газа в атмосферу.

Важной особенностью дискуссий в Гааге была определенная конфронтация между США и странами Европейского Союза, которые отклонили американское предложение о сбалансировании баланса углерода путем использования различных возможностей (включая меры по восстановлению лесов как стока углерода) и потребовали от США подчинения общим рекомендациям об уменьшении выбросов углекислого газа в атмосферу.

Иначе как абсурдными нельзя назвать рекомендации, одобренные на совещании СОР-6.2 (вторая часть СОР-6) в июле 2001 г. в Бонне. Было введено понятие «сертифицированного сокращения выбросов» (СЕR), которое означает замену рекомендаций о реальном сокращении выбросов эквивалентной интенсификацией стоков углерода, какими являются леса. Согласно этой «новации», Японии, России и Канаде разрешается аккумулировать СER за счет лесов этих стран. Абсурдность этой рекомендации определяется прежде всего тем обстоятельством, что проблема глобального круговорота углерода все еще весьма далека от решения [11], и поэтому получение сколько нибудь надежных оценок роли CER как фактора, влияющего на глобальный климат совершенно нереально. Что же касается такого предмета, вызывавшего интенсивные дискуссии как три «механизма гибкости» (Совместное осуществление; Торговля выбросами; Механизм чистого развития (технологий)), то его можно оценить лишь как чисто риторический.

Главное в проблеме изменений глобального климата состоит в том, что, хотя факт потепления глобального климата в 20-м веке не вызывает сомнений (особенно это относится к последней четверти века), причины потепления (и особенно количественные оценки вкладов различных факторов в изменения глобального климата) остаются предметом острых научных дискуссий. В еще большей степени это относится к прогнозам климата с учетом антропогенных воздействий. В этой связи симптоматично, что авторы Отчета МГЭИК-2001 отказались от определения понятия «изменения климата», принятого в РКИК как обусловленного лишь антропогенными факторами, и согласовали адекватное определение с учетом как природных, так и антропогенных причин изменений климата. Следует к этому добавить, что нельзя забывать и традиционного определения климата как явления, характеризуемого значениями его параметров, осредненными за 30 лет. Обратимся теперь прежде всего к краткому обзору данных наблюдений, опираясь главным образом на третий отчет МГЭИК [72].

1. Данные наблюдений

Главная причина противоречивости разработок по изучению современного климата и его изменений состоит в неадекватности имеющегося глобального архива данных наблюдений с точки зрения его полноты и качества наблюдений. Понятно, что климат характеризуется многими параметрами - такими, как температура и влажность воздуха вблизи земной поверхности и в свободной атмосфере, осадки (жидкие и твердые); количество, высота нижней и верхней границ, микрофизические и оптические характеристики облаков, радиационный баланс и его компоненты; микрофизические и оптические параметры атмосферного аэрозоля, компоненты химического состава атмосферы и мн.др. Между тем эмпирический анализ данных о климате ограничивается, как правило, апелляцией к результатам наблюдений приземной температуры воздуха (ПТВ), поскольку лишь в этом случае имеются ряды данных за 100-150 лет. Однако даже и эти ряды далеки от однородности, особенно когда дело касается глобального массива данных, который служит главным источником информации для попыток обоснования концепции «глобального потепления». При этом надо иметь в виду также тот факт, что получаемый при глобальном осреднении вековой ход среднегодовых значений ПТВ опирается главным образом на использование далеких от совершенства данных наблюдений температуры поверхности океана (ТПО).

Главный интерес в контексте диагностики данных наблюдений климата должен быть связан с анализом его изменчивости, основополагающее значение для которого имеет рассмотрение не средних величин, а моментов более высоких порядков. К сожалению, до сих не было предпринято даже попыток подобного подхода. Тоже самое относится к оценкам внутренней корреляции рядов наблюдений. Лишь Р. Маккитрик [95], проанализировав вековой ход ПТВ, показал, что, если отфильтровать. вклад в изменение температуры за последние несколько десятилетий за счет внутренней корреляции (т.е. определяемый инерцией климатической системы), то оказывается, что изменение температуры практически отсутствовало. Парадоксально, но факт: именно повышение среднеглобальной ПТВ за последние 20-30 лет служит главным аргументом в пользу вывода о доминировании антропогенного вклада в изменения климата.

1.1 Температура воздуха

Согласно данным наблюдений приземной температуры воздуха за период с 1860 г., её среднегодовое среднеглобальное значение повысилось на 0,6±0,2єС [72]. Это примерно на 0,15єС превосходит значение, приведенное в Отчете МГЭИК-1996 (см. [9]), что обусловлено высоким уровнем ПТВ в период 1995-2000 г.г. Данные наблюдений обнаружили наличие весьма сильной пространственно-временнуй изменчивости среднегодовой ПТВ на земном шаре. Это проявилось, например, в том, что потепление климата в 20-м веке происходило главным образом в течение двух периодов времени: 1919-1945 г.г. и с 1976 г. по настоящее время. Из новых данных по диагностике глобального климата следует, что потепление климата в северном полушарии в 20-м веке было, по-видимому, самым сильным за последние 1000 лет, 1990 г.г. - самым теплым десятилетием, а 1998 г. наиболее теплым годом. Важная особенность динамики климата состояла в том, что, в среднем, скорость повышения ночных (минимальных) значений ПТВ на суше примерно вдвое превосходила скорость роста дневных (максимальных) значений ПТВ, начиная с 1950 г. (0,2єС против 0,1єС/10 лет). Это способствовало росту продолжительности безморозного периода во многих регионах умеренных и высоких широт.

В Отчете МГЭИК-2001 [72] не упомянуто о предполагавшемся ранее усилении потепления климата в высоких широтах северного полушария как характерного признака антропогенно обусловленного глобального потепления. Однако из осуществленного в работе [1] анализа данных прямых измерений ПТВ на станциях “Северный Полюс” за 30 лет и дендроклиматических косвенных данных за последние 2-3 столетия следует, что упомянутого однородного усиления потепления не наблюдалось, а изменения климата как последнего столетия, так и десятилетия характеризовались сильной пространственно-временнуй неоднородностью: в Арктике одновременно формировались регионы как потепления, так и похолодания климата (см. также [133]).

По данным сети аэрологических наблюдений (начиная с 1950-х г.г., когда эта сеть стала более или менее адекватной), тренды среднеглобальной ПТВ и температуры нижней тропосферы были почти одинаковыми (около 0,10єС/ 10 лет) [24-26]. Согласно данным спутникового СВЧ - дистанционного зондирования (начиная с 1979 г.), имело место повышение среднеглобальной температуры нижней тропосферы, составившее около 0,06єС/10 лет и значительно уступающее росту ПТВ (примерно 0,15єС/10 лет). Подобное различие потепления проявилось главным образом в регионах океанов в тропиках и субтропиках, а причины различия остаются неясными [36].

1.2 Протяженность снежного и ледяного покровов

Начиная с конца 1960-х г.г., наблюдалось уменьшение протяженности снежного покрова, составившее около 10%, и сокращение примерно на две недели ежегодной продолжительности покрытия ледяным покровом озер и рек в средних и высоких широтах северного полушария в 20-м веке, тогда как в неполярных регионах происходило отступление горных ледников. Протяженность морского ледяного покрова в северном полушарии весной и летом уменьшилась, начиная с 1950-х г.г., в пределах 10-15%. Весьма вероятно, что за последние десятилетия (в периоды конца лета- начала осени) произошло уменьшение толщины морского ледяного покрова в Арктике, составившее около 40%, но зимой подобное уменьшение было гораздо менее существенным. За период регулярных спутниковых наблюдений (начиная с 1970-х г.г.) в Антарктике заметного тренда протяженности ледяного покрова обнаружено не было.

1.3 Уровень поверхности и теплосодержание верхнего слоя океана

За 20-е столетие произошел подъем уровня Мирового океана в пределах 0,1-0,2 м, причиной которого было, вероятно, отчасти тепловое расширение морских вод и таяния льда на суше, обусловленное глобальным потеплением. Скорость подъема уровня Мирового океана превзошла в 20-м веке примерно в 10 раз наблюдавшуюся за последние 3000 лет. Начиная с конца 1950-х г.г. (когда стали массовыми изменения температуры поверхности океана), произошло увеличение теплосодержания верхнего слоя океана.

С. Левитус и др. [92] проанализировали данные о потеплении отдельных компонентов климатической системы в течение второй половины 20-го века, основанные на рассмотрении роста теплосодержания атмосферы и океана, а также оценок теплозатрат на таяние некоторых компонентов криосферы. Обсуждаемые результаты привели к выводу об увеличении теплосодержания атмосферы и океана. Рост теплосодержания верхнего слоя океана толщиной 3 км за период 1950-1990 гг. превосходил по крайней мере на порядок величины увеличение теплосодержания других компонентов климатической системы. Если наблюдаемый рост теплосодержания океана за период 1955-1996 гг. достигал 18,210²² Дж, то в случае атмосферы он составлял лишь 6,610²¹ Дж. Что касается значений скрытого тепла за счет фазовых преобразований воды, то они оказались равными: 8,110²¹ Дж (уменьшением массы ледников на суше); 3,210²¹ Дж (уменьшение протяженности морского ледяного покрова в Антарктике); 1,110²¹ Дж (таяние горных ледников); 4,610¹⁹ Дж (уменьшение протяженности снежного покрова в северном полушарии); 2,410¹⁹ Дж (таяние постоянного ледяного покрова в Арктике).

Данные наблюдений сопоставлены в работе [92] с результатами численного моделирования при помощи разработанной в Лаборатории геофизической динамики (США) интерактивной модели системы «атмосфера - океан»: 1) с учетом радиационных эффектов, обусловленных наблюдавшимся ростом концентрации парниковых газов, изменений содержания в атмосфере сульфатного аэрозоля и внеатмосферной инсоляции, а также вулканического аэрозоля; 2) с учетом лишь ПГ и сульфатного аэрозоля. Результаты сравнений привели к выводу, что наблюдавшиеся изменения теплосодержания океана можно объяснить главным образом ростом концентрации парниковых газов в атмосфере, хотя следует иметь в виду большую неопределенность оценок радиационного возмущающего воздействия за счет сульфатного аэрозоля и вулканических извержений. Последнее обстоятельство лишает работу [92] достаточной достоверности в части, касающейся распознавания антропогенного потепления. Отмечая наличие сильной межгодовой изменчивости теплосодержания Мирового океана авторы [92] подчеркнули: «… мы обращаем внимание на то, что экстремальное потепление Мирового океана в период 1990-х гг. было отчасти связано с многодесятилетним потеплением Атлантического и Индийского океанов, а также с положительной полярностью возможных двухлетних колебаний теплосодержания Тихого океана… изменения теплосодержания Мирового океана, которые мы наблюдаем, могут быть связаны с модами полушарной или глобальной изменчивости атмосферы от уровня океана до стратосферы. Понимание природы такого рода возможных связей составляет главную часть понимания механизмов, управляющих глобальным климатом».

Как было отмечено выше, выполненные до недавнего времени разработки с целью распознавания антропогенно обусловленных изменений климата ограничивались главным образом анализом сравнительно длинного ряда данных по приземной температуре воздуха (ПТВ), хотя рассматривались также и гораздо более ограниченные по объему данные об изменениях протяженности морского ледяного покрова, вертикальному профилю температуры (данные радиозондов) и результаты спутникового СВЧ-зондирования [36]. С другой стороны, из результатов численного моделирования следует, что более репрезентативными (чем ПТВ) должны быть в этой связи данные об амплитуде годового хода и амплитуде суточного хода температуры воздуха зимой, которые крайне немногочисленны.

Поскольку главным компонентом глобальной климатической системы является Мировой океан, то отсюда следует приоритетность анализа изменчивости этого компонента, тем более, что С. Левитус и др. [92] обнаружили происходившее за последние 45 лет возрастание теплосодержания верхнего слоя всех океанов. В этой связи Т. Барнетт и др. [28] обсудили результаты сравнений численного моделирования теплосодержания верхнего 3 км слоя различных океанов с данными наблюдений. Расчеты сделаны с использованием «параллельной» модели климата (РСМ) для интерактивной системы «атмосфера - океан», в которой не используется потоковое приспособление, и относятся к пяти версиям задания роста концентрации парниковых газов (ПГ) и содержания сульфатного аэрозоля в атмосфере.

Рассматриваемое сравнение показало, что рассчитанные величины аномалий теплосодержания (как отклонений от данных, соответствующих контрольному интегрированию) не отличаются от наблюдаемых значений (за период 1950-1990 гг.) на 0,05 уровне статистической значимости. Исключение (при глобальном осреднении) составляют лишь данные за 1970 гг., когда модель не воспроизводит наблюдавшуюся в течение этого десятилетия аномалию теплосодержания. В целом, вероятность того, что рассматриваемые аномалии теплосодержания обусловлены лишь внутренней изменчивостью климатической системы не превосходит 5%, что позволяет предположить реальность обнаружения антропогенного сигнала изменений климата.

Природа потепления различных океанов характеризуется, однако, существованием значительных различий. Для Атлантического океана (особенно его южного региона) типично наличие интенсивного вертикального перемешивания и быстрого проникновения потепления вглубь океана. В других океанах этот процесс происходит гораздо медленнее. Важный вывод из полученных результатов состоит в необходимости воспроизведения моделями климата изменений не только ПТВ, но и теплосодержания океана. В работе [28] отмечены некоторые слабые места осуществленного численного моделирования и, в частности, - оценки внутренне обусловленной изменчивости климата лишь по данным контрольного численного моделирования.

В. Каи и П. Уэттон [33] обратили внимание на то, что влияние усиливающегося «парникового» потепления на поле температуры поверхности океана (ТПО) в тропиках Тихого океана может оказать в будущем значительное воздействие на осадки в глобальных масштабах. Разработки в области этой спорной проблематики, основанные на использовании данных как наблюдений, так и численного моделирования, привели к существенно различным выводам. Наблюдавшееся за последние десятилетия потепление климата характеризовалось пространственной структурой, похожей на структуру, соответствующую явлению Эль Ниньо/Южное колебание (ЭНЮК). Поскольку, однако, данные о подобной структуре, охватывающие целое столетие, отсутствуют, предполагалось, что наблюдавшаяся структура потепления была проявлением многодесятилетней природно обусловленной изменчивости климата, но не изменения за счет парникового вынуждающего воздействия.

Первоначальные результаты численного моделирования с использованием интерактивных моделей системы «атмосфера - океан» показали, что структура потепления, характеризуемая зональным градиентом ТПО в полосе экватора, должна быть сходной с Эль Ниньо, но некоторые теоретические разработки привели к выводу о сходстве с Ла Нинья. С целью разрешения подобного противоречия В. Каи и П. Уэттон [33] выполнили численное моделирование климата с использованием интерактивной модели, разработанной в Нац. научном центре Австралии (CSIRO Mark 2), которое показало, что первоначально формируется пространственная структура потепления, подобная Ла Нинья (наиболее сильное потепление во внетропических широтах при слабой Ла Нинья - подобной структуре в тропиках), которая позднее (после 1960 гг.) трансформируется в структуру, похожую на Эль Ниньо. Такого рода результаты получились при использовании трех версий численного моделирования (помимо контрольного интегрирования на срок 1000 лет), в которых задавался рост концентрации парниковых газов в атмосфере по данным наблюдений (1880-1990 гг.) и согласно сценарию IS92a (1990-2100 гг.). При этом влияние аэрозоля на формирование климата не учитывалось.

Упомянутая трансформация пространственной структуры потепления климата обусловлена теплыми внетропическими водами, которые претерпевают погружение на глубину и через субтропики достигают тропического пояса, где возникает апвеллинг. Это и является причиной изменения климата. Полученные результаты можно рассматривать как подтверждающие вывод о том, что наблюдавшееся за последнее десятилетия потепление с характерной Эль Ниньо - подобной пространственной структурой может, по крайней мере, отчасти, объясняться влиянием антропогенно обусловленного усиления парникового эффекта атмосферы. Отмечено, однако, что, хотя структура наблюдавшегося потепления сходна с рассчитанной, наблюдения, сделанные до 1950 г., обладают меньшей надежностью. Кроме того, недавно (в 1995-1996 гг. и в 1998-2000 гг.) произошло повторное возникновение условий, подобных Ла Нинья.

1.4 Другие параметры климата

Данные наблюдений свидетельствуют о том, что в течение 20-го столетия наблюдалось увеличение осадков на 0,5-1% за 10 лет на большей части регионов суши в средних и высоких широтах северного полушария, но уменьшение осадков (примерно - 0,3% за 10 лет) на большей части суши субтропических широт, которое ослабилось, однако, в самые последние годы. Что касается Мирового океана, то отсутствие адекватных данных наблюдений не позволило выявить достоверные тренды осадков. Возможно, что в период последних десятилетий стали более частыми события интенсивных и экстремальных осадков в средних и высоких широтах северного полушария. Начиная с середины 1970-х г.г., более частыми, устойчивыми и интенсивными стали явления Эль Ниньо/ Южное колебание (ЭНЮК). Подобная динамика ЭНЮК отобразилась в особенностях региональных вариаций осадков ПТВ в большей части зон тропиков и субтропиков. Пока еще остающиеся разрозненными и неадекватными данные наблюдений интенсивности и частоты повторяемости тропических и внетропических циклонов, а также местных штормов не позволяют сделать определенных выводов о каких-либо трендах [5].

1.5 Концентрация парниковых газов и антропогенного аэрозоля в атмосфере

За период с 1750 г. по настоящее время концентрация углекислого газа в атмосфере возросла примерно на одну треть, достигнув самого высокого уровня за последние 420 тыс. лет (и, возможно, за последние 20 млн. лет), о чем свидетельствуют данные ледяных кернов [72]. Примерно на две трети рост концентрации СО₂ за последние 20 лет обусловлен выбросами в атмосферу за счет сжигания ископаемых топлив (остальное приходится на долю вкладов от сведения лесов и, в меньшей степени, - цементной промышленности). Интересно, что к концу 1999 г. выбросы СО₂ в США на 12% превысили уровень 1990 г., а их дальнейшее возрастание должно увеличить эту цифру еще на 10% к 2008г. [144]. Между тем, согласно Протоколу Киото, выбросы должны быть уменьшены к 2008 г. на 7% по отношению к уровню 1990 г., что требует суммарного сокращения выбросов около 25% (разумеется это совершенно неосуществимо).

Согласно имеющимся данным наблюдений, в настоящее время как Мировой океан, так и суша являются глобальными стоками СО₂, причем в океане это обусловлено химическими и биологическими процессами, тогда как на суше связано с усилением «фертилизации» растительности за счет возрастающей концентрации СО₂ и азота, а также с изменениями землепользования (в проблеме глобального круговорота углерода остается, однако, много неясностей [11]).

Не вызывает сомнений, что главным фактором роста концентрации СО₂ в 21-м веке останется сжигание ископаемых топлив, причем роль биосферы как океана, так и суши как барьера для роста концентрации будет со временем ослабляться. Согласно Отчету МГЭИК-2001, вероятный интервал значений концентрации СО₂ к концу столетия составит 540-970 млнП№ (доиндустриальное и современное значения равны, соответственно 280 млнП№ и 367 млнП№). Важным фактором глобального круговорота углерода являются изменения землепользования [71], но даже если весь углерод, выброшенный в атмосферу за счет землепользования, будет усвоен биосферой суши, то это приведет лишь к уменьшению концентрации СО₂ в пределах 40-70 млнП№. Что касается прогностических оценок концентрации других ПГ к 2001г., то они изменяются в очень широких пределах. Так, например, из некоторых оценок следует, что роль тропосферного озона как парникового газа может сравняться с вкладом метана и окажется существенной также как фактор снижения качесва воздуха на большей части северного полушария.

Концентрация метана в атмосфере возросла по сравнению с наблюдавшейся (по косвенным данным) в 1750 г. в 2,5 раза и продолжает увеличиваться, Ежегодные темпы возрастания концентрации СН₄ замедлились, однако, и стали более изменчивыми в 1990-е г.г. по сравнению с 1980 г.г. За время с 1750 г. произошло увеличение концентрации закиси азота на 16%. В результате осуществления рекомендаций Монреальского протокола и последующих дополнений к нему концентрации целого ряда галогенуглеродных соединений, функционирующих как парниковые, так и озоноразрушающие газы либо возрастали более медленно, чем раньше, либо начали убывать. Однако, с другой стороны, начался быстрый рост концентрации их заменителей и некоторых других синтетических соединений (например, перфторуглеродных соединений PFC и шестифтористой серы SF₆).

Оценки изменения радиационного возмущающего воздействия (РВВ), характеризующего усиление парникового эффекта атмосферы и обусловленного ростом концентрации хорошо перемешанных в атмосфере малых газовых компонентов (МГК), дали суммарное значение, равное 2,42 Вт/мІ, при следующих вкладах различных МГК: СО₂ (1,46 Вт/мІ), СН₄ (0,48 Вт/мІ), галогенуглеродные соединения (0,33 Вт/мІ), N₂O (0,15 Вт/мІ). Наблюдавшееся за последние два десятилетия уменьшение общего содержания озона, могло привести к отрицательному РВВ, составляющему - 0,15 Вт/мІ, которое может снизиться до нуля в текущем столетии, если меры по защите слоя озона окажутся успешными. Происшедший с 1750 г. рост содержания тропосферного озона (примерно на одну треть) мог породить положительное РВВ около 0,33 Вт/мІ.

Со времени Отчета МГЭИК-1996 существенно изменились оценки РВВ, обусловленного не только чисто рассеивающим сульфатным аэрозолем, рассматривавшимся ранее, но и другими видами аэрозоля, особенно углеродного (сажевого), характеризуемого значительным поглощением солнечной радиации, а также органического морского солевого и минерального аэрозоля. Сильная пространственно-временнбя изменчивость содержания аэрозоля в атмосфере и его свойств серьезно осложняет оценки воздействия аэрозоля на климат [84]. Результаты новых расчетов Д. Хансена и др. [63] радикально изменили представление о роли различных факторов формирования РВВ. Согласно [63], имеет место приближенная взаимная компенсация потепления климата за счет роста концентрации СО₂ и похолодания, обусловленного антропогенным сульфатным аэрозолем. В этих условиях более важную роль должны играть антропогенно обусловленные выбросы метана (главным образом за счет рисовых чеков) и углеродного (поглощающего) аэрозоля.