Сюрпризы изменений глобального климата и Финский залив В.Н. Малинин, проф. РГГМУ. - презентация

1 Сюрпризы изменений глобального климата и Финский залив В.Н. Малинин, проф. РГГМУ

2 Глобальное потепление: миф или реальность? Что происходит с уровнем Мирового океана? Исчез ли Гольфстрим? Возможны ли катастрофические наводнения в Финском заливе? Основные темы Что происходит с климатом Земли?

3 Глобальный климат: статистическая совокупность состояний, свойственная климатической системе за период времени год и более Локальный климат: совокупность атмосферных условий за многолетний (несколько десятилетий) период, свойственных конкретному месту в зависимости от его географического положения Параметры климата: статистические характеристики (средние, дисперсии, экстремумы, тренды, параметры изменчивости др.) Определение климата Что происходит с климатом Земли?

4 Временные масштабы изменений климата: от нескольких лет до сотен тысяч лет В долговременном плане Земля движется в сторону малого ледникового периода, который наступит примерно через 30 тыс. лет На этом фоне современное глобальное потепление – не более чем кратковременная пульсация Определение климата Что происходит с климатом Земли?

5 «Страшилки» Аналитический Доклад (2007): «Климат конфликта» Аналитический Доклад (2007): «Климат конфликта» 2,7 млрд. человек могут погибнуть на Земле в ХХI веке в результате войн, спровоцированных глобальным потеплением. В войны будут втянуты более 40 стран. В том числе: Алжир, Индия, Эфиопия, Перу, Бангладеш и др. Дестабилизация грозит еще более чем 50 странам, включая Россию. Причины: Причины: засухи, проблемы с питьевой водой, экстремальные явления, затопление прибрежных территорий и др.

6 1. Внешние астрономические факторы: светимость Солнца, положение и движение Земли в Солнечной системе, наклон её оси вращения к плоскости эклиптики и др. 2. Внешние геофизические факторы: размеры и масса Земли, скорость её вращения вокруг оси, собственные гравитационное и магнитное поля, внутренние источники тепла (вулканизм и геотермальный поток тепла), тектонические движения земной коры и др. 3. Внутренние геофизические факторы: крупномасштабные процессы взаимодействия океана и атмосферы масса и состав атмосферы и океана, крупномасштабные процессы взаимодействия океана и атмосферы, особенности подстилающей поверхности (распределение континентов и океанов, рельеф поверхности суши и др.), колебания массы ледниковых покровов, горных ледников и морских льдов и т.д. 4. Антропогенные факторы: сжигание ископаемого топлива и выбросы в атмосферу различных примесей в результате производственной деятельности совокупность всех видов человеческой деятельности, в той или иной мере влияющих на изменения природной среды. Это, прежде всего, сжигание ископаемого топлива и выбросы в атмосферу различных примесей в результате производственной деятельности Факторы формирования глобального климата Что происходит с климатом Земли?

7 Естественные климатообразующие факторы: процессы крупномасштабного взаимодействия океана и атмосферы природные изменения газового состава атмосферы за счет вулканизма и других процессов возможно космогеофизические силы (изменения скорости вращения Земли, «полюсный прилив», солнечная активность и др.) Антропогенные климатообразующие факторы: рост концентрации парниковых газов за счет промышленного производства и сжигания ископаемого топлива орошение, крупномасштабная вырубка лесов, урбанизация и др. Изменения климата в диапазоне времени от 1 года до нескольких десятилетий Что происходит с климатом Земли?

8 МГЭИК (IPCC) Что происходит с климатом Земли? В 1988 г. ВМО учредила МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата или Intergovernmental Panel on Climate Change) 1990 г. Первый доклад МГЭИК 1990 г. Первый доклад МГЭИК 2001 г. Третий доклад МГЭИК 2001 г. Третий доклад МГЭИК 2007 г. Четвертый доклад МГЭИК 2007 г. Четвертый доклад МГЭИК 2007 г. Альберту Гору и МГЭИК присуждена Нобелевская премия 2007 г. Альберту Гору и МГЭИК присуждена Нобелевская премия За большой вклад по изучению изменений климата За большой вклад по изучению изменений климата

9 Межгодовая изменчивость температуры воздуха на земном шаре по данным наблюдений за гг. Что происходит с климатом Земли?

10 Оценки линейных трендов ПТВ за различные периоды времени Что происходит с климатом Земли? Период, годы Северное полушарие Южное полушарие Земной шар R2R2 ΔT/10летR2R2 R2R

11 Степень покрытия данными о температуре воздуха в отдельных полушариях и на земном шаре в целом Что происходит с климатом Земли?

12 Межгодовая изменчивость и тренд температуры воздуха в Санкт-Петербурге с 1851 г. (очаг тепла и как с ним бороться?) Что происходит с климатом Земли?

13 Средняя скорость изменения приземной температуры воздуха на территории России в среднем за год в период с 1976 по 2006 годы Что происходит с климатом Земли?

14 Средние за год аномалии количества осадков осредненные по территории России (базовый период г.г.) Что происходит с климатом Земли?

15 Межгодовая изменчивость температуры воздуха и температуры поверхности океанов на земном шаре в целом за гг. Что происходит с климатом Земли?

16 Межгодовая изменчивость температуры поверхности Мирового океана по данным разных авторов Что происходит с климатом Земли?

17 Исчез ли Гольфстрим? Исчез ли Гольфстрим? Что происходит с климатом Земли? Страшилки: Польские ученые: Польские ученые: за последние 5 лет скорость движения вод Гольфстрима упала в 2 раза и оно быстро остывает. Уже этой зимой в Европе следует ожидать лютых морозов Английские ученые Английские ученые: глобальное потепление из-за усиления выноса пресных вод из Арктического бассейна приведет к усилению холодного Лабрадорского течения, которое изменит направление движения вод Гольфстрима в сторону Африки. В результате годовая температура воздуха в Англии уменьшится на несколько градусов

18 Схема основных течений в Северной Атлантике Что происходит с климатом Земли?

19 Индекс Гольфстрима, характеризующий его северную границу Что происходит с климатом Земли?

20 Анализ трендов ТПО в Северной Атлантике за гг. (распределение линейного коэффициента детерминации R 2 ) Что происходит с климатом Земли?

21 Аномалии ТПО за в Мировом океане Что происходит с климатом Земли?

22 Сезонные аномалии ТПО в Мировом океане Что происходит с климатом Земли?

23 Что происходит с уровнем Мирового океана? Наиболее крупные экономические последствия повышения уровня Мирового океана: дополнительные капитальные затраты на берегоохранные сооружения и перенос объектов инфраструктуры из возможной зоны подтопления подтопление крупнейших городов Земли: Лондона, Нью-Йорка, Токио, С-Петербурга и др. убытки, связанных с потерями прибрежных земель и переселение десятков млн. человек; дополнительные затраты на различные мероприятия в связи с более частыми наводнениями суммарный ущерб всех стран в мире при росте глобального уровня на 1 м может составить примерно 1 триллион долларов США

24 Что происходит с климатом Земли? Изменения приповерхностной температуры воздуха (ПТВ) формируют режим накопления (расходования) массы горных ледников, морских льдов, в значительной степени покровных ледников и, следовательно, определяют поступление пресных вод ледников в океан. Кроме того, ПТВ влияет на изменчивость испарения и осадков над океаном, а через изменения температуры поверхности океана вызывают стерические колебания уровня. Поэтому именно ПТВ можно рассматривать как главный определяющий фактор колебаний УМО. Изменения уровня Мирового океана как индикатор глобального климата

25 Что происходит с климатом Земли? К эвстатическим колебаниям относятся компоненты водного баланса: осадки, испарение, приток речных вод, айсберговый сток и т.д. Стерические колебания обусловлены изменениями плотности морской воды, прежде всего за счет ее температуры. К глобальным деформационным колебаниям относятся: вертикальные движения земной коры и донное осадконакопление При анализе межгодовых колебаний УМО величиной h Д можно пренебречь без существенной потери точности. Это означает, что колебания УМО обусловлены изменениями климатических процессов. Изменения уровня Мирового океана состоят из: h М = h Э + h С + h Д h Э - эвстатические колебания h C – стерические колебания h Д – деформационные колебания

26 По футшточным наблюдениям: Система GLOSS (Global Sea Level Observing System) – Глобальная Система Наблюдений за Уровнем Моря, насчитывающая в настоящее время более 1700 станций. База данных Permanent Service for Mean Sea Observing System Level (PMSSL) содержит среднемесячные данные по уровню. По альтиметрическим данным с ИСЗ: ИСЗ Topex/Poseidon, выведенный на орбиту 10 августа 1992 г., обеспечивает почти глобальное покрытие МО от 66 о с.ш. до 66 о ю.ш. Погрешность определения высоты морской поверхности составляет см, пространственное разрешение достигает 5-7 км с повтором измерений через 3-35 суток Изменения уровня Мирового океана определяются: Что происходит с климатом Земли?

27 Изменения уровня Мирового океана за последние 140 лет (по футшточным наблюдениям) Что происходит с климатом Земли?

28 Изменения уровня Мирового океана за последние 150 лет (по футшточным наблюдениям) Что происходит с климатом Земли? Межгодовой ход УМО за весь период времени с 1861 по 2005 гг. Промежуток времени Коэффициент детерминации, R 2 Величина тренда, Tr, мм/год Среднее значение уровня, мм ,692,0079, ,340,45100, ,961,95194, ,931,42151, ,961,79170, , ,4

29 Межгодовой ход УМО по данным разных авторов Что происходит с климатом Земли?

30 Изменения уровня Мирового океана по альтиметрическим данным (тренд 3,0 мм/год) Что происходит с климатом Земли?

31 Временной ход скользящей по 30-летиям корреляции аномалий глобальной температуры воздуха и УМО по данным разных авторов (вертик. линии – доверительный интервал) Что происходит с климатом Земли?

32 Оценки вклада различных факторов в колебания УМО по данным МГЭИК в мм/год Что происходит с климатом Земли? Источник роста УМО Период времени гг гг. Термическое расширение вод океана Горные ледники Гренландский ледяной щит Антарктический ледяной щит Суммарный вклад факторов Рост УМО по данным наблюдений Дисбаланс ( невязка ) (1.2) (1.07)

33 Оценки вклада различных факторов в колебания УМО на основе уравнения водного баланса, в мм/год Что происходит с климатом Земли? Источник роста УМО 1980–2005 гг. 1993–2003 гг. Стерические колебания уровня океана Суммарный сток с Гренландии Твердый сток с Антарктиды Приток материковых вод Вертикальный влагообмен (осадки минус испарение) Суммарный вклад факторов Рост УМО по данным наблюдений Дисбаланс (невязка)

34 Прогнозирование уровня Мирового океана на конец столетия (страшилка) Что происходит с климатом Земли?

35 Зависимость межгодовых колебаний уровня Мирового океана от аномалий приповерхностной температуры воздуха над земным шаром по данным за период гг. Статистическая модель прогноза глобального уровня на конец столетия

36 Что происходит с климатом Земли? Сценарий выбросов СДСВ Ансамбль из 16 моделей общей циркуляции атмосферы и океана Статистическая модель Вероятный диапазон роста температуры на конец гг. о С Вероятный диапазон роста УМО на конец 2090–2099 гг., м Сценарий B11,1 – 2,90,18 – 0,380,12 – 0,31 Сценарий A1T1,4 – 3,80,30 – 0,450,15 – 0,41 Сценарий B21,4 – 3,80,20 – 0,430,15 – 0,41 Сценарий A1B1,7 – 4,40,21 – 0,480,18 – 0,47 Сценарий A22,0 – 5,40,23 – 0,51 0,21 0,58 Сценарий A1FI2,4 – 6,40,26 – 0,590,26 – 0,68 Оценки изменений глобальной приповерхностной температуры воздуха и уровня Мирового океана на конец XXI в. ( гг.) по сравнению с концом ХХ в. (1980 – 1999 гг.)

37 Что происходит с климатом Земли? Физическая основа модели: запаздывание колебаний уровня Мирового океана в зависимости от изменений температуры воздуха в лет, которые приводят к росту температуры воды в толще вод океана и постепенному изменению массы ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии после выпавших осадков. Статистическая основа модели: сдвиговая пошаговая регрессия методом включения переменных. Физико-статистическая модель прогноза УМО с заблаговременностью два десятилетия

38 Распределение данных по ПТВ в физико-статистической модели прогноза УМО красным цветом выделены точки в модели с заблаговременностью 21 год Что происходит с климатом Земли?

39 Прогностические значения УМО за период гг., рассчитанные для сдвига 21 год для различных шагов от m=1 до m=19. Прогностический тренд за гг. равен 2.8 мм/год

40 Формирование невских наводнений и их прогнозирование

41 Что происходит с климатом Земли? Максимальные зарегистрированные за период наблюдений подъемы уровня воды (см) в Балтийском море

42 Что происходит с климатом Земли? Суммарное по десятилетиям число невских наводнений и их линейный тренд

43 Что происходит с климатом Земли? Средняя траектория циклонов, вызывающих сильные невские наводнения

44 Что происходит с климатом Земли? Обеспеченность максимальных годовых уровней воды в С.-Петербурге и Кронштадте. Повторяемость максимальных уровней: С.Петербург: Один раз в 100 лет – 350 см Один раз в 1000 лет – 470 см Один раз в лет – 540 см Кронштадт (КЗС): Один раз в 100 лет – 275 см Один раз в 1000 лет – 405 см Один раз в лет – 465 см Было получено, что наличие закрытого КЗС приводит к увеличению уровня в створе КЗС со стороны Финского залива на 10 % Из книги Р.А. Нежиховского «Вопросы гидрологии реки Невы и Невской губы»

45 Что происходит с климатом Земли? Распределение максимумов уровня (см) вдоль побережья Финского залива при экстремальном катастрофическом наводнении при открытом КЗС (знаменатель) и при закрытом (числитель).

46 Что происходит с климатом Земли?

47 Площади затопления территории муниципальных округов Курортного района при различных подъемах морского уровня, га Муниципальный округ Уровень затопления 1 м (БС)2 м (БС)3 м (БС)4 м (БС) г. Сестрорецк167,3385,7559,7730,7 пос. Солнечное5,512,842,699,5 пос. Репино4,115,133,280,0 пос. Комарово5,510,622,671,0 г. Зеленогорск11,023,950,8103,2 пос. Ушково3,26,112,018,9 пос. Серово11,714,817,734,7 пос. Молодежное15,623,239,572,0 пос. Смолячково6,210,016,351,0 Всего230,2502,3794,51261,1

48 Что происходит с климатом Земли?

49

50 Постепенное повышение уровня моря Повышение уровня вследствие прохождения наводненческих циклонов Уровень моря, м11234 Площадь затопления (Si), кв. км2,3 5,027,9412,61 Площадь Санкт-Петербурга (S), кв. км 1439,00 Общая балансовая стоимость основных фондов рекреации, млн. руб ,83 Коэффициент степени разрушений 1,00,7 Коэффициент концентрации основных фондов 1,0 Материальный ущерб зданиям и сооружениям, млн. руб. 63,0644,1496,25152,24241,79 Кадастровая стоимость земель в зоне затопления (КС), млн. руб. 2108,532108,544579,807552, ,30 Ущерб от нарушения земель (Ущ), млн. руб. 2108,531232,702681,794362,276698,72 Суммарный ущерб, млн. руб. 2171,591276,842778,044514,516940,51 Расходы на ликвидацию последствий, млн. руб. -255,37555,61902,901388,10 Общий ущерб от затопления, млн. руб. 2171,591532,213333,655417,418328,61 Оценки компонентов материальных ущербов вследствие повышения морского уровня для Курортного района СПб

51 «Климатгейт» «Климатгейт» Что происходит с климатом Земли? В истории климатических скандалов уже не раз случалось, что наблюдаемые изменения климата и состояния атмосферы давали не совсем объяснимые результаты, которые сначала раздувались в тщательно спланированную политическую истерию, а затем порождаемая этой истерией паника приносила определенным кругам вполне конкретные материальные и финансовые дивиденды. Пример - озоновые дыры (фреон). главный инициатор и создателем мифа об «озонной угрозе» была известная корпорация «Дюпон», Для крупного бизнеса миф о глобальном потеплении это возможность взять под контроль добычу и эксплуатацию природных ресурсов, большая часть которых принадлежит тем самым развивающимся странам. Борьба с выбросами парниковых газов предполагает введение квот и ограничений, размер которых обязательно станет предметом торга и спекуляций. Здесь открывается прямой путь к зарабатыванию огромных денег фактически из ничего: продавая право чиновников «мирового правительства» разрешать и запрещать добычу и использование полезных ископаемых.

52 оценки «парникового потепления» дают значения, близкие к природной обусловленной обусловленности климата. рост концентрации СО 2 и других ПГ может быть частично вызван и природными факторами, в частности, межгодовыми колебаниями газообмена в системе океан-атмосфера. потепление в 20-м столетии было сконцентрировано в течение двух периодов: в годы и после 1975 года. С 40-х годов до начала 70-х в северном полушарии имело место похолодание климата. В южном полушарии ПТВ оставалась неизменной. значительная пространственная дифференциация в изменениях климата. В некоторых регионах (в основном в северном полушарии) после 1975 г. вплоть до последнего времени продолжалось похолодание. Потепление климата обусловлено не только ростом концентрации ПГ, но и естественными факторами Что происходит с климатом Земли?

53 Сопоставление стерических колебаний уровня океана по данным [Antonov et al., 2005] (красная линия) и вычисленных по статистической модели (черная линия).

54 Что происходит с климатом Земли? Фактические (1) и прогностические (2) оценки медленной составляющей стерических колебаний УМО. Вертикальные линии показывают доверительный интервал равный ±σ.

55 Что происходит с климатом Земли? Межгодовой ход глобального теплосодержания океана в слое м, рассчитанный в работах [Levitus et al.,2009] (красный цвет), [Domingues et al., 2008] (синий цвет) и [Ishii and Kimoto, 2009] (зеленый цвет).

56 Оценки вкладов различных процессов в изменения УМО в XX столетии ( гг.) по данным МГЭИК (2000 г.) в мм/год Что происходит с климатом Земли?

57 значения испарения и осадков заданы в узлах первичной широтно- долготной сетки о ×1.875 о с 1949 г. Общее число узлов составило 15965; осуществлено осреднение исходных данных по пятиградусным трапециям Мирового океана, в результате число узлов сократилось до 1305; Основным периодом исследования принят гг., характеризующийся особенно резким потеплением глобального климата. Использован глобальный гидрометеорологический архив СDAS (Climate Data Assimilation System), являющийся частью системы NOAA NCEP/NCAR Reanalysis; Определение испарения и осадков над Мировым океаном Что происходит с климатом Земли?

58 Среднемноголетние значения компонент влагообмена для отдельных океанов и Мирового океана в целом Что происходит с климатом Земли? ОкеанИспарениеОсадкиЭффективное испарение см/го д 10 3, км 3 /го д см/год 10 3, км 3 /год см/год 10 3, км 3 /год Атлантически й Индийский Тихий Северный Ледовитый Мировой

59 Что происходит с климатом Земли? Межгодовой ход испарения и осадков над Мировым океаном за период гг. в см/год

60 Характеристики линейного тренда в межгодовых колебаниях испарения и осадков над отдельными океанами и Мировым океаном в целом Что происходит с климатом Земли? ОкеанИспарениеОсадкиЭффективное испарение R2R2 Tr, мм/год R2R2 R2R2 Атлантический 0,563,50,584,40,11-0,9 Индийский 0,584,50,555,30,10-0,9 Тихий 0,633,30,473,70,03-0,4 Мировой 0,783,60,794,20,16-0,6

61 Водный баланс Антарктиды и Гренландии в ХХ-м столетии ( гг.) на основе данных МГЭИК в км3/год Что происходит с климатом Земли? Компонента баланса ЛП АнтарктидыЛП Гренландии MinСред.MaxMinСред.Max Аккумуляция Твердый сток Жидкий сток Донное таяние Баланс

62 Межгодовые изменения площади антарктических айсбергов в км 2 Что происходит с климатом Земли?