книги из ГПНТБ / Будыко, М. И. Изменения климата

очень приближенной. Наряду со схематичностью использованной при получении этой оценки модели термического режима атмо­ сферы точность выполненного расчета существенно ограничива­ ется примененным методом определения скорости уменьшения со­ держания углекислоты в атмосфере, который имеет довольно условный характер.

Можно думать, что полученный здесь результат представляет интерес главным образом как иллюстрация высказанного ранее предположения о специфической природе четвертичных оледене­ ний (Будыко, 1971). Нам представляется возможным, что, в отли­ чие от пермокарбонового и других древних оледенений, четвертич­ ные оледенения являются не временными эпизодами в эволюция Земли, а началом перехода от устойчивого безледного климатиче­ ского режима к еще более устойчивому режиму полного оледене­ ния планеты. Длительность этого переходного периода, которым могло бы закончиться существование биосферы, как следует из приведенной выше оценки, очень невелика по сравнению с общей длительностью существования жизни на нашей планете.

Вероятность возникновения полного оледенения планеты в ходе естественной эволюции климата Земли возрастает при учете суще­ ствующих тенденций к повышению уровня континентов в ряде районов высоких и умеренных широт северного полушария.

Используя палеогеографические карты В. Н. Сакса (1960) и других авторов, можно установить, что в конце юрского периода океаны занимали почти половину широтного круга на 70° с. ш., что обеспечивало свободную циркуляцию морских вод между уме­ ренными и полярными широтами. В начале мелового времени на этой широте началось постепенное увеличение пространства, за­ нятого континентами, которое продолжается до настоящего вре­ мени, в результате чего континенты занимают сейчас 5/6 указан­ ного широтного круга. Таким образом, ширина проливов, связы­ вающих моря умеренных и высоких широт северного полушария, уменьшилась в три раза. В соответствии с этим произошло значи­ тельное уменьшение меридионального переноса тепла морскими течениями в полярные широты и создались предпосылки для раз­ вития арктического оледенения.

Нет никаких оснований предполагать, что тенденция нараста­ ющей изоляции Северного полярного бассейна, существующая уже много миллионов лет, в ближайшем будущем прекратится. Сохранение этой тенденции означает, что в будущем вероятность новых наступаний ледников и возможность достижения ими кри­ тической широты будут возрастать.

Следует отметить, что влияние изменений земной поверхности на климат будущего, вероятно, проявится позже влияния сниже­ ния содержания углекислого газа в атмосфере и поэтому может оказаться несущественным. Учитывая, однако, значительную при­ ближенность соответствующих оценок, вопрос о сравнительном

важное значение для предотвращения дальнейшего развития оле­ денений.

Представим себе маловероятный случай, что в будущем воз­ действие человека на атмосферу прекратится. Можно предполо­ жить, что в таких условиях достигнутое в течение последнего столетия повышение концентрации углекислоты в атмосфере от­ срочит оледенение планеты на тысячи лет. Очевидно, что при со­ хранении современных масштабов воздействия на атмосферу, а тем более при их увеличении, возможность глобального оледенения может быть исключена.

Наряду с этим быстро возрастающие масштабы влияния хо­ зяйственной деятельности человека на климат создают возмож­ ность заметного изменения глобального климата в сравнительно близком будущем.

Такое изменение, конечно, не может иметь катастрофических последствий, аналогичных последствиям полного оледенения пла­ неты, однако оно может создать ряд существенных трудностей для дальнейшего развития народного хозяйства.

Всвязи с этим вопрос о перспективах антропогенных измене­ ний климата требует большего внимания.

Рассмотрим влияние на климатические условия будущего сто­ летия трех основных факторов:

1)роста производства энергии, потребляемой человеком;

2)увеличение содержания углекислого газа в атмосфере;

3)изменения концентрации атмосферного аэрозоля.

Впервой нашей работе, посвященной этому вопросу (Будыко,

1962), было отмечено, что увеличение производства энергии от 4 до 10% в год может привести к тому, что не позже чем через 100—200 лет количество тепла, создаваемого человеком, будет сравнимо с величиной радиационного баланса всей поверхности континентов. Очевидно, что в таком случае произойдут громадные изменения климата на всей планете.

Некоторое представление о возможном влиянии роста произ­ водства энергии на климат будущего дают материалы, представ­ ленные на рис. 33. На этом рисунке кривая 1 изображает постро­ енный по данным наблюдений вековой ход отклонения от нормы средней температуры воздуха для северного полушария. Кривая 2 представляет результаты расчета изменений средней планетарной температуры при увеличении производства энергии на 6% в год. Этот расчет основан на использовании изложенной выше модели при предположении, что изменение температуры происходит в ре­ зультате изменения притока тепла, при постоянстве всех других факторов, влияющих на климат, включая альбедо системы Земля—атмосфера. Как показано выше, такое предположение оз­ начает отсутствие учета возможности таяния полярных льдов, что приводит к преуменьшению величин предстоящего повышения тем­ пературы.

энергии повышение температуры в первой половине XXI в. станет больше изменений температуры, происходивших в первой поло­ вине XX в. в результате естественных причин. В дальнейшем по­ вышение температуры будет быстро нарастать, что приведет к большим изменениям глобального климата. Таким образом, рост производства энергии, потребляемой человеком, может оказать существенное влияние на климат будущего.

Второй фактор, который может заметно изменить климат,— рост концентрации углекислоты в атмосферном воздухе. Данные

ционного режима атмосферы. При этим уменьшается прозрачность атмосферы для длинноволновой радиации, что способствует повы­ шению температуры воздуха у земной поверхности.

Манабе нашел, что, не принимая во внимание изменения пло­ щади снежно-ледяного покрова, при указанном выше увеличении

Близкие результаты дает применение изложенной в четвертой главе зависимости температуры воздуха от концентрации углекис-

226 Глава 7. Климат будущего

половине XX в., которые, по-видимому, были в основном обус­ ловлены колебаниями концентрации аэрозоля.

Заслуживает внимания, что широтные распределения абсо­ лютных величин изменений температуры при увеличении концен­ трации углекислого газа и аэрозоля сходны между собой. Учиты­ вая, что эти изменения имеют противоположный знак, следует думать, что в некоторых случаях они могут в какой-то мере ком­ пенсировать друг друга.

Примером такой компенсации, возможно, являются современ­ ные антропогенные изменения климата, которые несколько умень­ шены в результате противоположного влияния на термический ре­ жим изменений концентраций атмосферной углекислоты и аэрозоля.

Очевидно, однако, что вероятность полного совпадения двух противоположных по знаку изменений термического режима неве­ лика и что даже при его осуществлении все равно будут иметь ме­ сто изменения глобального климата в результате роста загрязне­ ния атмосферы, влияющего на режим солнечной радиации у зем­ ной поверхности и другие элементы климата.

Следует также отметить, что при близких по абсолютной вели­ чине и обратных по знаку влияниях аэрозоля и углекислого газа на среднеширотную температуру воздуха у земной поверхности термический режим может измениться из-за различий изменений температуры на разных долготах и высотах над поверхностью земли. Эти различия могут иметь некоторые значения для цирку­ ляционных процессов в атмосфере и гидросфере.

В связи с этим для точной оценки последствий влияния не­ скольких факторов на термический режим атмосферы желательно применение общих моделей теории климата.

Переходя к вопросу о возможных климатических условиях бу­ дущего, отметим, что практическое значение этого вопроса опре­ деляется масштабами возможных изменений климата и времени их наступления. Если эти изменения будут достаточно велики и произойдут в не очень отдаленном будущем, то ясно, что в таком случае проблему предсказания предстоящих изменений климата следует рассматривать как одну из важнейших задач современной метеорологии.

Значение этой задачи определяется, в частности, тем, что на­ родное хозяйство всех стран существенно зависит от современных климатических условий, причем заметное изменение климата по­ требует громадных капиталовложений, чтобы обеспечить приспо­ собление хозяйственной деятельности к новым условиям.

Период времени, для которого необходимо иметь сведения об изменениях климата, по-видимому, сравним с вероятной длитель­ ностью эксплуатации проектируемых сейчас промышленных и сельскохозяйственных сооружений и систем, работа которых за­ висит от климата. Для наиболее долговечных сооружений такой период составляет не менее ста лет. Если в будущем климат мо­

228 Глава 7. Климат будущего

выполнить трудно, точность такого предсказания не может быть высокой. В связи с этим в расчетах климата будущего, по-види­ мому, оправдано применение схематичных моделей теории кли­ мата, которые, однако, должны давать правильную оценку знака и порядка величин возможных изменений климата.

Практическое значение таких оценок определяется тем, что они позволяют выделить среди вариантов хозяйственного развития те, которые могут привести к большим (т. е. наиболее существен­ ным для народного хозяйства) изменениям климата, превосходя­ щим погрешности соответствующих расчетов.

Переходя к рассмотрению возможных изменений климата в следующем столетии, следует прежде всего обсудить последст­ вия дальнейшего роста производства энергии, о которых было упомянуто выше.

Как видно из рис. 33, даже не учитывая обратной связи ре­ жима полярных льдов с температурой воздуха, мы получаем вывод, что при ежегодном росте производства энергии на 6% в се­ редине XXI в. начнется быстрое повышение планетарной темпера­ туры. Это повышение будет сопровождаться громадными измене­ ниями климата, которые могут привести к катастрофическим последствиям для народного хозяйства многих стран. Таким обра­ зом, неконтролируемый рост производства тепла приведет к появ­ лению своеобразного «теплового барьера» на пути развития энер­ гетики.

Следует отметить, что допущения, принятые при построении кривой 3 на рис. 33, нельзя считать нереальными. Увеличение про­ изводства энергии на 6% в год соответствует темпу увеличения этого производства, имеющему место в последние годы (Inadver­ tent Climate Modification, 1971). Полученная в данном расчете величина дополнительного притока тепла на единицу площади, достигаемая к 2070 г., совпадает с количеством тепла, выделяе­ мого сейчас в отдельных районах наиболее развитых в промыш­ ленном отношении стран.

Сводка данных ряда работ, в которых оценивается возможное потребление энергии в будущем, содержится в статье Келлога (Kellogg, 1974). Из этих данных следует вероятность увеличения глобального потребления энергии в сравнительно близком буду­ щем более чем на два порядка. Такого увеличения достаточно для значительного изменения климатических условий, в особенности из-за влияния начального сравнительно небольшого повышения температуры воздуха на полярные льды, отступление которых приведет к дополнительному значительному повышению темпера­

одну из крупных проблем, которая встает перед техникой и энер­ гетикой не очень отдаленного будущего.

Вопрос о путях решения этой проблемы требует специального обсуждения, выходящего за рамки этой книги. Здесь можно только напомнить соображения Н. Н. Семенова о целесообраз­ ности широкого использования в будущем для хозяйственных це­ лей энергии солнечной радиации, что позволит ограничить пере­ грев земной атмосферы.

Заключение о том, что тепловой барьер может быть достигнут в следующем столетии, имеет значение как одно из доказательств реальной возможности регулирования климата в не очень отда­ ленном будущем. Этот вывод можно пояснить сравнением кри­ вых 1 я 2 на рис. 33. Когда возможные изменения глобальной тем­ пературы в результате деятельности человека станут значительно больше колебаний температуры под влиянием вулканической ак­ тивности и других естественных факторов, окажется возможным регулировать глобальный климат, что позволит, в частности, пред­ отвращать нежелательные климатические колебания, вызываемые естественными причинами.

При изучении изменений климата, обусловленных повышением глобальной температуры, большое значение имеет вопрос о состо­ янии ледяного покрова в высоких широтах. В предыдущих рабо­ тах автора (Будыко, 1962а, 1971 и др.) было предложено не­ сколько методов оценки влияния изменений метеорологических факторов на морские полярные льды. Один из этих методов, ос­ нованный на расчете теплового баланса ледяного покрова, позво­ ляет рассчитать изменение толщины льда при повышении темпе­ ратуры воздуха на заданную величину. Этот расчет показал, что при повышении температуры воздуха в теплое время года на 4° С морские полярные льды полностью растают за несколько лет.

Поскольку в таком расчете не учитывается обратная связь между площадью ледяного покрова и температурой воздуха, то очевидно, что он должен преувеличивать величину аномалии тем­ пературы, достаточной для полного таяния льда. Тем не менее из этого расчета можно сделать вывод, что повышение температуры, которое в соответствии с данными рис. 33 будет достигнуто при­ мерно через сто лет, приведет к полному таянию морских поляр­ ных льдов.

Очевидно, что морские льды могут частично растаять раньше достижения теплового барьера, т. е. до повышения средней гло­ бальной температуры воздуха на несколько градусов.

Используем для оценки изменения площади полярных льдов формулу (3.1), считая, что величину относительного изменения глобальной радиации в этой формуле можно выразить через со­ ответствующее указанной величине изменение глобальной темпе­ ратуры, определяемое по соотношению полуэмпирической теории термического режима при постоянном альбедо. В таком случае

230 Глава 7. Климат будущего

возрастающей в результате увеличения концентрации углекислоты и роста производства энергии в соответствии с данными, представ­ ленными на рис. 33.

Так как влияние производства энергии на тепловой режим атмо­ сферы до 2000 г. будет сравнительно небольшим, то при постоянстве массы атмосферного аэрозоля тем­ пература воздуха у земной поверх­ ности будет главным образом опре­ деляться ростом концентрации угле­

Аналогичный расчет по нашей полуэмпирической модели тер­ мического режима атмосферы при предположении о квазистацио­ нарности полярных льдов дает повышение температуры на 0,6°.

Из всех этих моделей следует, что повышение средней годовой температуры воздуха в высоких широтах примерно вдвое превос­ ходит повышение температуры в низких широтах.

Результаты расчета изменения границы льдов изображены на рис. 34, где по вертикальной оси отложена средняя широта гра­ ницы морских льдов в северном полушарии (Будыко, 1972).

Из этого графика видно, что к 2000 г. средняя граница поляр­ ных льдов отступит к северу примерно на 2°. Такое изменение гра­ ницы полярных льдов соответствует значительно большему умень­ шению их площади по сравнению с периодом потепления в первой половине XX в., а также более сильному повышению средней тем­ пературы воздуха по отношению к ее уровню в конце прошлого столетия. Уменьшение площади полярных льдов оказывает замет­ ное влияние на температуру воздуха в высоких широтах.

Для оценки дальнейших изменений границы полярных льдов следует сделать предположение о величинах концентрации угле­ кислоты в атмосфере, которые будут иметь место в XXI в. В вы­ полненном расчете принято, что после 2000 г. средняя темпера­ тура воздуха под влиянием роста концентрации углекислоты будет увеличиваться линейно. В связи с быстрым ростом произ­ водства энергии в XXI в. гипотеза об изменениях концентрации

углекислоты в этом столетии не оказывает большого влияния на результаты расчетов.