ОЖИДАЕМЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА РОССИИ В 21-м ВЕКЕ И РОЛЬ АНТРОПОГЕННОГО ФАКТОРА В.П.Мелешко Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова

СОДЕРЖАНИЕ ДОКЛАДА Почему изменяется глобальный и региональный климат? Какова роль внутренней изменчивости и внешних воздействий в изменениях климата? Какие существуют технологии расчета изменений климатической системы, вызываемых как внутренними взаимодействиями, как и внешними (включая антропогенные) воздействиями? Какие изменения климата, обусловленные ростом парниковых газов, можно ожидать на территории России в 21-м веке? Почему мы полагаем, что современные изменения климата вызваны преимущественно ростом парниковых газов в атмофере? Какова достоверность расчета климата на несколько десятков лет? Заключение

Каковы причины изменения (колебания) глобального и регионального климатов? Естественные колебания климата обусловлены: Внутренней изменчивостью в результате нелинейного взаимодействия в системе атмосфера-океан-криосфера; внешним воздействием, вызванным изменением приходящей солнечной радиации на верхнюю границу атмосферы; внешним воздействием в результате вулканической деятельности и выбросов в атмосферу большого количества газов и аэрозоля; изменениями орбитальных параметров планеты Земля. Антропогенные изменения климата: изменением газового и аэрозольного состава атмосферы в результате сжигания ископаемого топлива; изменением альбедо поверхности Земли в результате вырубки лесов и освоения новых земель;

Временной ход средних за год глобальных аномалий температуры воздуха у поверхности (град С) Над океанами и континентами Аномалии температуры ( 0 С) Над континентами Аномалии температуры ( 0 С)

Изменения приземной температуры за период годы Data source: (Jones and Moberg 2003) Зима Весна ЛетоОсень

Тренды сезонных осадков (%/10 лет) в конце 20-го века Зима гг. Весна гг. Лето гг. Осень гг.

Аномалии протяженности морского льда в северном полушарии (NSIDC, 2002)

1992 Melt Extent 2002 Melt Extent Greenland ice sheet melt area increased on average by 16% from 1979 to The smallest melt extent was observed after the Mt. Pinatubo eruption in 1992 Greenland ice sheet melt area increased on average by 16% from 1979 to The smallest melt extent was observed after the Mt. Pinatubo eruption in 1992 Largest area of melt over Greenland in 2002 (Steffen and Huff) Passive Microwave derived maximum melt extent Konrad Steffen and Russell Huff, University of Colorado at Boulder University of Colorado

Почему мы считаем, что современные изменения климата вызваны преимущественно ростом парниковых газов в атмосфере? Понижение температуры стратосферы и потепление тропосферы может происходить только при воздействии парниковых газов на термический режим климатической системы. Спутниковые измерения и наблюдения на сети метеорологических станций подтверждают указанные изменения. Современные физически полные модели воспроизводят важные особенности изменения климата 20-го века только при учете роста парниковых газов в атмосферы. Глобальное потепление может быть вызвано только нарушением радиационного баланса климатической системы в результате внешнего воздействия.

БАЛАНС СО 2 в глобальной системе Земля (IPCC, 2001) Выбросы СО 2 в атмосферу6.3±0.4 млрд. т. (100%) Накопление в атмосфере3.3±0.1 млрд. т. ( 52%) Усвоение СО 2 океаном -2.3±0.5 млрд. т. (-37%) Усвоение СО 2 почвой -0.7±0.6 млрд. т. (-11%) Выбросы СО 2 в атмосферу 6.3±0.4 млрд. т. (100%) Накопление в атмосфере 3.3±0.1 млрд. т. ( 52%) Усвоение СО 2 океаном -2.3±0.5 млрд. т. (-37%) Усвоение СО 2 почвой -0.7±0.6 млрд. т. (-11%) БАЛАНС двуокиси углерода (СО 2 ) в глобальной системе Земля (IPCC, 2001)

ВРЕМЯ ЖИЗНИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ (IPCC, 2001) СО лет CH 4 10 лет N 2 O 150 лет CFC лет CFC-12` 130 лет СО лет CH 4 10 лет N 2 O 150 лет CFC лет CFC-12` 130 лет ВРЕМЯ ЖИЗНИ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В АТМОСФЕРЕ (IPCC, 2001)

СО лет CH 4 10 лет N 2 O 150 лет CFC лет CFC-12` 130 лет Выбросы парниковых газов с 1865 года привели к их накоплению в атмосфере: Углекислого газа (CO 2 ) - 31% Метана (CH 4 ) 151% Закись азота (N 2 O) 17% Насколько увеличилась концентрация основных парниковые газы в атмосфере за последние 140 лет?

СОВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА ПО ДАННЫМ НАБЛЮДЕНИЙ НА МИРОВОЙ СЕТИ СТАНЦИЙ: гипотезы и факты

Annual temperature trends: 1976 to 2000

Сравнения изменений температуры у Земли, рассчитанной по модели и полученной по наблюдениям в 20-м веке в различных регионах земного шара (UKMO, 2003). Наблюдения Расчеты с учетом влияния только парниковых газов Расчеты с учетом влияния парниковых газов, аэрозолей, изменения потока солнечной радиации и вулканической деятельности АвстралияЕвропаСеверная Америка АфрикаЮжная АмерикаАзия Аномалии температуры ( 0 С)

Временной ход глобально осредненной температуры воздуха в тропосфере и стратосфере по отношению к температуре воздуха за период гг. ТропосфераСтратосфера (Gareth et al., 2003) Температура ( 0 С)

Глобальные физико-математические модели – основной инструмент предсказания изменений климата Включают физические процессы в атмосфере, океане, деятельном слое почвы и криосфере. Учитываются углеродный цикл, эволюция биосферы, химические процессы в атмосфере. Модели непрерывно развиваются

Развитие современнх физико- математических моделей климата IPCC-2001

Почему мы считаем, что климатические модели могут достоверно воспроизводить изменения климата? Достоверность расчета современного климата и его изменчивости (сезонной и межгодовой). Достоверность расчета изменения климата 20-го века. Достоверность расчета климата прошлых эпох (палеоклиматов) Как правило, прежде чем использовать модели в оценках будущих изменений климата, они испытываются и проверяется на:

Причины неопределенности (неточности) оценок будущих изменений климата Неопределенность сценариев эмиссии парниковых газов и аэрозолей. Неопределенность внешних естественных воздействий (извержения вулканов, солнечная активность). Неточность воспроизведения моделями чувствительности (обратных связей) климатической системы к внешним воздействиям. Неточность расчетов регионального климата из-за недостаточного пространсвенного разрешения современных моделей.

Изменения средней глобальной температуры ( 0 С) в пяти сценариях IPCC SRES. Иземнения температуры ( 0 С) Изменения средней глобальной температуры ( 0 С) в 9- ти моделях климата рассчитанные для сценария A2.

Региональное моделирование климата Маска и топография глобальной модели ( 350 km) Маска и топография региональная моделиа (50 km)

(а). Рост средней температуры приводит к экстремально высоким температурам; (б). Увеличивается изменчивость температуры; (в). Рост средней температуры и ее колебаний ведет к гораздо большей повторяемости экстремально высоких температур.

СЦЕНАРИИ РОСТА ОСНОВНЫХ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ И АЭРОЗОЛЯ В 21-м ВЕКЕ Сценарии А2 & В2 N2O N2O N2O N2O CH 4 CO 2 Аэрозоль SO 4

Модели климата Название моделиОрганиза- ция, страна Описание модели Разрешение в атмосфере Разрешение в океане CGCMCCCma Canada Flato & Boer, 2001 T32 (3.8 x 3.8) L10 1.8x1.8 L29 CSIRO_Mk2CSIRO Australia Gordon & OFarrell, 1997 R21 (3.2x5.6) L9 3.2x5.6 L21 CSM 1.4NCAR USA Boville et al., 2001 T42 (2.8x2.8) L18 2.0x2.4 L45 ECHAM4/OPYC3MPI Germany Roeckner et al., 1996 T42 (2.8x2.8) L19 2.8x2.8 L11 GFDL_R30_cGFDL USA Delworth et al., 2002 R30 (2.25x3.75) L x1.875 L18 HadCM3UKMO Britain Gordon et al., x3.75 L x1.25 L20 PCMNCAR USA Washington et al., 2000 T42 (2.8x2.8) L x0.67 L32

Основные водосборы России и сопредельных стран, использованные в оценках изменения климата. Лена ОбьЕнисей Печора Волга Балтика Днепр- Дон

Изменения температуры воздуха у Земли на территории России в 21-м веке при сценарии роста парниковых газов В гг гг. Зима Зима Лето Лето

А2 В2 Средние за год тренды температуры воздуха у Земли ( 0 С) в 21-м веке для двух сценариев роста парниковых газов на водосборах крупных рек России. Сценарии А2 и В2 Печора & С.Двина Печора & С.Двина Обь Лена Волга & Урал 95%

Ожидается рост средних за год осадков в 21-м веке на всей территории России

Изменения температуры воздуха у Земли на территории России в 21-м веке при сценарии роста парниковых газов В гг гг. Зима Зима Лето Лето

Средние за год тренды осадков (мм/сутки) в 21-м столетии, полученному в мульти-модельных расчетах для двух сценариев роста парниковых газов на водосборах крупных рек России и сопредельных стран. Сценарии А2 & В2 Печора & С.Двина Печора & С.Двина Днепр & Дон Лена Волга & Урал 95%

Вероятность весенних наводнений возрастает в северных регионах России и в Сибири вследствие дополнительного накопления снега зимой и его быстрого таяния весной.

Изменения массы снега (кг/м 2 ) в марте в середине и конце 21-го века при сценарии роста парниковых газов B гг гг.

Изменения средней массы стаявшего снега (кг/м 2 ) на водосборах весной в 21-м веке. Сценарии A2 и B2. Волга & Урал Печора & С.Двина ЕнисейЛена 95%

На северных водосборах средний за год сток возрастает, а на южных водосборах сток изменяется незначительно в 21-м веке.

В2. Изменения среднего за год стока (км 3 /год) на водосборах в 21-м веке. Сценарий В2. Печора & С.Двина Печора & С.Двина Днепр & Дон Лена Волга & Урал 95%

Effects of cryospheric and vegetation changes on the chemical composition of the atmosphere Потепление климата окажет существенное влияние на вечную мерзлоту на территории России в 21-м веке. Наибольшее сезонное протаивание будет происходить вблизи южной границы мерзлоты и достигнет 1 м. Ее площадь также уменьшится.

Протяженность вечной мерзлоты в конце 20-го века и глубина протаивания почвы (см) в августе в 21-м веке B2B2B2B2

суглинок торфяник Временной ход максимальных глубин протаивания в 21-м веке на конец августа для северной части Ханты – Мансийского округа. суглинок

песок Расчет годового хода температуры почвы на глубинах в конце 20-го и 21- го веков. Сценарий B2. Северная часть Ханты-Мансийского округа. Расчет годового хода температуры почвы на глубинах в конце 20-го и 21- го веков. Сценарий B2. Северная часть Ханты-Мансийского округа. Конец 20-го века Конец 21-го века торф суглинокпесок

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Можно с высокой степенью уверенности считать, что глобальное потепление будет самой актуальной экологической проблемой 21-го века. Быстрое развитие вычислительной средств способствовало развитию и расширению возможностей сложных физико-математических моделей, включающих помимо физических также химические и биосферные процессы. Это, в свою очередь, способствовало внедрению новых технологий и методов анализа при исследованиях глобального и регионального климатов. Во всех развитых странах изучение изменений климата и их последствий рассматриваются как высоко приоритетные задачи в перечне национальных научных программ. Следует ожидать, что будущие изменения климата России из-за большой протяженности территории будут отличаться большим разнообразием как с благоприятными, так и с пагубными последствиями.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ (Продолжение) Среди ученых России не существует единого мнения о том, что происходит с глобальным климатом и какова роль антропогенного воздействия. Значительное технологическое отставание российских исследований. Большой дефицит молодых научных кадров в НИУ, способных осваивать современные технологии исследований и программные средства. Учитывая ограниченные технологические и кадровые ресурсы в российских НИУ, для повышения уровня научных исследований необходимо найти механизмы, которые способствовали более тесной кооперации научных организаций Росгидромета, РАН и других заинтересованных ведомств.

Трудности выделения антропогенного сигнала в высоких широтах северного полушария Недостаточное знание обратных связей в современных моделях климата, определяющих чувствительность современных моделей по отношению к радиационному воздействию. Недостаточно данных наблюдений по толщине (массе) морского льда, что создает проблемы в оценках ее изменения. Вследствие недостаточности наблюдений мы мало знаем о внутренней естественной изменчивости климатической системы, особенно в высоких широтах, где антропогенная и естественная составляющие изменчивости оказываются достаточно большими по величине. Спасибо за внимание