К такому выводу пришли ученые Института географии РАН, которые совместно с коллегами из Института физики атмосферы РАН провели оценку вклада прямого радиационного воздействия в изменение приземной температуры воздуха за современный период. Расчеты показали, что с учетом роста парниковых газов и аэрозолей (вклад прямого радиационного воздействия) скорость повышения температуры зимой в Северном полушарии в среднем выше на 0.3 градуса С по сравнению с рассчитанным потеплением за тот же период, но без влияния парниковых газов и аэрозолей. Учитывая, что величина тренда температуры за исследуемый период в среднем в Северном полушарии составляет около 1 градуса С, примерно 30% современного роста температуры зимой можно объяснить повышением концентраций парниковых газов и аэрозолей в атмосфере. Статья по результатам исследований принята к печати в журнале «Доклады Российской академии наук. Науки о Земле» и будет опубликована в первой половине 2021 года.
«Цель нашего исследования заключалась в определении вклада повышения концентраций парниковых газов (углекислый газ, метан и т.д.) и аэрозолей (поднятый в воздух песок от пустынь, морская соль над океанами, выхлопы от машин над городами, пыльца) в изменения климата, – говорит один из авторов работы, климатолог Института географии РАН Мария Алешина. – Изменение климата принято оценивать через изменение радиационного баланса. Радиационный баланс – это разность между энергией, которая поступила к поверхности Земли, и той, что от нее отразилась. Эта разность идет на нагрев поверхности и движения воздушных масс (общая циркуляция атмосферы, циклоны и антициклоны). То есть, если эта разность возрастает, то к поверхности поступает больше энергии, и она нагревается сильнее, температуры выше, и мы наблюдаем процесс потепления».
Учеными была выполнена оценка вклада прямого радиационного воздействия в тренды приземной температуры над сушей Северного полушария в период 1979-2012 годов с помощью анализа данных ансамблевых численных экспериментов с моделью общей циркуляции атмосферы с предписанными (по данным наблюдений) значениями температуры поверхности океана и концентрации морских льдов с постоянными и меняющимися со временем концентрациями парниковых газов и аэрозолей. «Были проведены две серии экспериментов – с учетом повышения концентраций парниковых газов и аэрозолей и без этого повышения, – поясняет автор модельных экспериментов, заведующий лабораторией климатологи Института географии РАН Владимир Семенов. – То есть при сравнении двух серий модельных экспериментов мы можем выделить вклад фактора повышения концентраций парниковых газов и аэрозолей в атмосфере. Такую оценку в климатологии как раз и называют оценкой прямого радиационного воздействия».
Рост концентрации парниковых газов в атмосфере в результате увеличения антропогенных выбросов при сжигании ископаемого топлива – один из основных факторов изменения радиационного баланса на Земле в последние десятилетия. Положительные и отрицательные радиационные воздействия способствуют, соответственно, повышению и понижению глобальной приземной температуры. При этом ее изменения над сушей происходят как опосредованно – вследствие нагрева океана (при положительном радиационном воздействии) и переноса тепла от океана в атмосферу над континентами, так и в результате прямого радиационного воздействия – влияния на атмосферу и деятельный слой суши над континентами, а также на атмосферную циркуляцию и перераспределение потоков тепла.
За период 1979-2012 гг. среднегодовая приповерхностная температура над сушей Северного полушария выросла примерно на 1 градус С. Там же и за тот же период температура поверхности океана выросла примерно на 0.4 градуса С. Такая разница в температурных трендах – следствие высокой теплоемкости деятельного слоя океана (на два порядка выше, чем у суши) и особенность теплообмена между океаном и атмосферой над сушей. Испарение с поверхности океана, атмосферный перенос и конденсация водяного пара с выделением тепла над сушей всегда приводит к бóльшим аномалиям температуры над ней, чем вызвавшие их аномалии температуры поверхности океана.
Проведение количественных оценок вклада различных процессов в современное потепление невозможно без использования моделей общей циркуляции атмосферы, которые дают возможность разделить отклик температуры на изменение разных факторов (температуры поверхности океана, прямого радиационного воздействия, концентрации морских льдов и др.).
«После проведения двух серий экспериментов мы сравнили полученные температурные тренды, – говорит Мария Алешина. – Получилось, например, что зимой для Северного полушария тренды с учетом роста содержания парниковых газов и аэрозолей выше в среднем на 0.3 градуса С (летом примерно на 0.2 градуса С). При этом величина тренда составляет около 1 градуса С, то есть примерно 30% современного роста температуры можно объяснить повышением содержания в атмосфере углекислого газа, метана, аэрозолей. Такие выводы подтверждают, что человек вносит вклад в изменения климата, причем значительный. В климатологии важной задачей является не только установление причин наблюдаемых изменений климата, но и определение региональных особенностей этих процессов. Важным вопросом является изучение механизмов возникновения экстремальных погодных и климатических явлений в разных регионах мира (экстремальные осадки, засухи, сильные ветра). Понимание факторов и механизмов, ответственных за наблюдаемые изменения климата, необходимо для составления более качественного прогноза климата будущего, в котором всем нам с вами в итоге жить и к которому придется адаптироваться».
Прямое радиационное воздействие в модели оказывает значимое влияние и на тренды давления на уровне моря – например, к его повышению на севере Атлантики и в центральной части Южной Сибири. В то же время повышение давления над северной частью Тихого океана связано с изменениями температуры поверхности океана и концентрации морских льдов. Летом вклады температуры поверхности океана и концентрации морских льдов и отдельно прямого радиационного воздействия аддитивны и приводят к понижению давления над Арктикой и в субтропиках над континентами Северного полушария и повышению давления над Тихим океаном. Изменения атмосферной циркуляции зимой оказывают влияние на тренды температуры. Результаты указывают, что отклик атмосферной циркуляции может приводить к нелинейному вкладу растущего радиационного воздействия на потепление в Северном полушарии, в частности, приводя к замедлению роста температуры в зимний сезон. Повышение давления над северной Атлантикой и югом центральной Сибири качественно как отклик на прямое радиационное воздействие согласуется с наблюдаемой аномалией в начале 21 века, связанной с формированием холодных зим в Северной Евразии, что указывает на возможный вклад прямого радиационного воздействия.
