книги из ГПНТБ / Непреднамеренные воздействия на климат. Результаты исследования влияния человека на климат [коллектив. моногр

ИВЧК рекомендует провести предварительные океанографические исследования, которые могут дать необходимую информацию для составления проекта такой программы. Требующиеся для предва­ рительных исследований два океанографических корабля и содер­ жание небольшого штата для обработки данных, получаемых с этих кораблей, будут стоить около 4 млн. ам. долларов в год. Сюда не включена стоимость организации и содержания какихлибо новых учреждений на берегу.

Рекомендации ИВЧК относительно сотни станций глобальной сети весьма схожи с таковыми для целей ИКПОС. Эти станции осуществляли бы систематический забор проб воздуха и осадков для определения их химического состава и измеряли бы солнечную радиацию. Им следовало бы придать центральную лабораторию и поверочные средства. Можно было бы широко использовать су­

в год.

Значительно сложнее определить стоимость авиационных средств, необходимых для осуществления программы изучения влияния человека на климат. Для большей части наблюдений можно было бы использовать самолеты, курсирующие на поляр­ ных авиалиниях; ряд таких наблюдений уже выполнен во время обычных пассажирских рейсов. Вероятно, стоимость авиационных средств составит также около 1 млн. ам. долларов.

Программа исследований и наблюдений в стратосфере, пред­ ложенная в отчете ИВЧК, требует применения современных само­ летов и многочисленных запусков больших воздушных шаров. Оце­ нить точно стоимость полетного времени сверхзвукового самолета не представляется возможным. По очень приблизительным оцен­ кам, общая сумма расходов на осуществление пятилетней про­ граммы могла бы составить около 30 млн. ам. долларов. Это чрез­ вычайно мало по сравнению с теми средствами, которые уже за­ трачены на развитие сверхзвуковой высотной авиации.

Наконец, в некоторых рекомендациях упоминаются искусствен­ ные спутники Земли как носители наблюдательных и исследова­ тельских средств. Если не считать стоимости самих спутников, их запуска и установленного на них оборудования, то затраты на до­ полнительные приборы составят примерно 0,5 млн. ам. долларов в год.

Общая стоимость программы климатических исследований по приближенным оценкам, представленным в отчете ИВЧК, около 17,5 млн. ам. долларов в год с капитальными затратами 7 млн. ам. долларов (главным образом на организацию станций в отдален­ ных районах). Эта цифра сравнима с более точной оценкой стои­ мости в несколько отличающейся программе ИКПОС.

2 Заказ № 755

Г л а в а 2

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

ИРЕКОМЕНДАЦИИ

2.1.ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

2.1.1.Состояние вопроса

Климат какого-либо места определяется статистическими ха­

от них. Различают местный, региональный и планетарный, или глобальный, климат. Район выбирают таким образом, чтобы учесть естественные географические особенности земной поверхности. Кратковременные колебания метеорологических параметров вызы­ вают изменения погоды, а долговременные — изменения климата. Климат можно рассматривать как сумму ряда типов погоды, при­ чем каждый тип имеет определенную повторяемость в течение пе­ риода осреднения.

Разговор о влиянии человека на климат следует начинать с об­ зора флуктуаций климата не только в период приборных наблю­ дений (примерно с 1680 г.) или в период с многочисленными исто­ рическими, ботаническими и геологическими свидетельствами, начиная с максимума последнего оледенения (около 20000 лет на­ зад), но также в период возникновения высокоорганизованной жизни на нашей планете около 550 млн. лет назад. По отношению к истории Земли климатические флуктуации за последние 300 лет представляют собой лишь мелкомасштабный «шум». Причины их возникновения не очень хорошо понятны; возможно, они более или менее случайны.

Вероятно, наиболее важный урок из истории Земли, который нам предстоит усвоить, заключается в том, что в течение более чем 90% из 550 млн. лет наша планета была свободна от поляр­ ных льдов. В известном смысле мы сейчас живем в ледниковый период, который аномален для нашей планеты. В течение позднего палеозойского периода, от 250 до 300 млн. лет назад, была эпоха оледенения, которая длилась от 30 до 50 млн. лет. Вслед за ней был длинный период без полярного льда, а затем в течение плиоцена (около 5 млн. лет назад) происходило постепенное похолодание, которое положило начало существующему сейчас антарктиче­ скому леднику. По-видимому, ледники северного полушария стали формироваться намного позднее — сперва в Сьерра-Неваде (Кали­

форния) и в Исландии (около 2,5 млн. лет назад), вскоре после этого в Гренландии.

В эпоху, именуемую плейстоценом, было несколько периодов оледенения, в течение которых формировались огромные ледники на Североамериканском и Европейском континентах. Отступание плейстоценовых ледников произошло только 8000—16 000 лет на­ зад, так недавно, что их следы видны на поверхности суши. Об­ ращает на себя внимание факт относительно быстрого отступания ледников. «Свидетелем» отступания был ледяной покров Гренлан­ дии, который сохранился и оставил «записи» в слоях ежегодно нараставшего снежного покрова. По «записям» можно «прочесть» о быстром росте средней температуры на несколько градусов (на

10 000 лет температура, как свидетельствует ледяной покров Грен­ ландии, была относительно постоянной по сравнению с предшество­ вавшим быстрым изменением. Вместе с тем в последнее время от­ мечалось несколько более мелких флуктуаций. Так, например, хо­ лодный период в XVII столетии считается «малым оледенением».

Появление термометров дало возможность с большей точно­ стью фиксировать климатические изменения. Мы, например, знаем,

в 3 раза больше, чем в средних широтах, а в тропиках по сравне­ нию с Арктикой происходило небольшое изменение температуры, которое, может быть, имело иногда даже другое направление. Хотя вполне вероятно, что человек мог внести свою лепту в это недав­ нее изменение климата, ясно, что главную роль сыграли естествен­ ные причины. В действительности, как уже упоминалось, обнару­ жить какое-либо влияние человека чрезвычайно трудно, потому что, во-первых, наши знания о причинно-следственных связях в сложной системе формирования климата пока еще крайне огра­ ничены и, во-вторых, последствия деятельности человека замаски­ рованы более сильными естественными изменениями, которые, как нам известно, происходят постоянно.

2.1.2. Рекомендация

Мы рекомендуем ученым разных специальностей обратить осо­ бое внимание на систематическое изучение климатов прошлого, особенно тех эпох, когда Арктический океан1 был свободен от льда (см. п. 3.3.7).

! Авторы имеют в виду Северный Ледовитый океан. Поскольку в течение истории Земли он чаще был свободен от льда, чем покрыт льдом, удобнее назы­ вать его Арктическим океаном. — Прим. ред.

20

2.2. ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА, ВЛИЯЮЩАЯ НА КЛИМАТ

Одним из наиболее очевидных воздействий человека на окру­ жающую среду является загрязнение атмосферы. В городах вре­ менами загрязнение становится особенно сильным, но даже в наиболее удаленных от больших городов местах можно обнару­ жить следы примесей, внесенных в атмосферу человеком. Усили­ вающийся рост количества твердых примесей ів атмосфере может быть связан как с промышленным производством, так и со сжи­ ганием отходов урожая и растительности. Последнее часто прак­ тикуется во многих тропических районах. Твердые частицы рас­ сеивают и поглощают солнечную радиацию, а также определен­ ным образом влияют на инфракрасное излучение земной поверх­ ности. Следовательно, все эти продукты деятельности человека влияют на тепловой баланс обширных районов.

Некоторые газовые компоненты атмосферы тоже поглощают как коротковолновую, так и длинноволновую радиацию. К ним отно­

время растет вследствие сжигания ископаемого топлива-—угля, нефти и природного газа. Ожидается, что содержание С 02 к 2000 г. повысится на 20%.

До самого недавнего времени предполагалось, что человек не может соревноваться с природой в производстве тепла в большом масштабе, но уже теперь мы должны пересмотреть это мнение. Население планеты, составляющее сейчас 3,6 млрд, человек, к 2000 г. должно удвоиться. Так как затраты энергии на душу населения значительно возрастут, соответственно увеличится и производство энергии всех видов. Сейчас во всем мире оно растет со скоростью 5—6% в год (5,5% в год эквивалентно увеличению в 5 раз за 30 лет, т. е. к 2000 г.). Возможно образование индустриальных районов площадью от ІО3 до ІО5 км2, где дополнительный ввод

от среднего количества солнечной радиации, приходящей на этот континент.

Мы говорили о некоторых последствиях роста индустриализа­ ции, но и за тысячелетия до промышленной революции земледелие и скотоводство оказывали сильное воздействие на обширные рай­ оны земного шара, и вполне вероятно, что они также привели к изменениям климата этих районов. Выпас коз и других домаш­ них животных превратил часть Африки и Юго-Западной Азии в полупустыни; густые леса горных районов от Турции до Афгани­ стана, районов Средиземноморья, Европы и восточной части Со­ единенных Штатов были вырублены под пашни или пастбища; тропические саванны — тоже дело рук человека. Общий резуль­ тат таков: около 20% территории континентов было коренным об­ разом изменено, а затем последовало изменение теплового режима

21

и влагооборота. В засушливых и полузасушливых районах расту­ щее потребление воды для ирригации значительно уменьшило за­ пасы грунтовых вод, а ирригация увеличила количество воды в воздухе.

Другим видом влияния человека является его обращение с по­ верхностными водами: строительство плотин, создание озер, осу­ шение болот, поворот течения рек. Искусственные озера, напри­ мер, увеличивают приходную часть теплового баланса данной области, потому что вода имеет меньшее альбедо; она обладает намного большей теплоемкостью, чем твердая поверхность, и до­ полнительно увеличивает содержание водяного пара в воздухе.

Вероятно, поворот рек из одного района в другой может иметь даже большие последствия, поскольку вода, направленная в пу­ стыни или полупустыни, превращает их в пригодные для сель­ ского хозяйства земли, а от 3/4 до 9/ю ирригационной воды испаря­ ется в воздух.

Управление речным стоком в океан, подверженный зимнему замерзанию, могло бы сильно повлиять на ход замерзания и тая­ ния. Такое воздействие на сток вкупе с интенсивным запылением морского льда для ускорения таяния могло бы иметь серьезные региональные и даже глобальные последствия. Искусственные воздействия на осадки путем засевания облаков ядрами замерза­ ния представлялись весьма перспективными и привлекли к себе внимание во всем мире. Любое изменение в характере осадков влияет на баланс тепла атмосферы; поэтому широко распрост­ раненная практика введения ядер замерзания в облака, включая попытки воздействия на тропические ураганы, может изменить обычный ход осадков до такой степени, что это повлияет на теп­ ловой баланс атмосферы.

Наконец мы подошли к одной из наиболее быстро развиваю­ щихся отраслей деятельности человека — транспорту. В городах США автомобили вводят в атмосферу примерно половину некото­ рых загрязнителей воздуха. То же самое относится и к большин­ ству других индустриальных стран. Автомобильные выхлопы спо­ собствуют образованию частиц «смога». Они являются главным источником такого типа примесей. Интересно также заметить, что дороги в Соединенных Штатах занимают около 1 % всей площади страны. Это, конечно, не столь уж большое изменение в исполь­ зовании земли по сравнению с сельским хозяйством, о чем мы упоминали выше, но это все же кое-что значит.

дукты выхлопа реактивных самолетов поступают главным обра­ зом в верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу. Есть основа­ ния полагать, что реактивные самолеты уже вызвали небольшое увеличение перистой облачности над районами движения само­ летов, а это может привести к некоторому изменению теплового баланса атмосферы. Сверхзвуковые самолеты летают на высо­

22

тах, где среднее время пребывания продуктов выхлопа составляет 1—2 года, так что существует вероятность увеличения концентра­ ции примесей.

мы добились некоторых успехов в разработке теории климата и имеем довольно хорошее представление о геофизических законо­ мерностях. Несколько иначе обстоит дело со вторым аспектом. Когда мы пытаемся прогнозировать поведение человека, мы должны прибегать к простой экстраполяции существующих тен­ денций, делая лишь небольшие отступления, чтобы принять іво вни­ мание отдельные очевидные связи, которые мы знаем или можем предвидеть. Нам не известны какие-либо законы или математиче­ ские модели, которые позволили бы наметить будущее направление деятельности человека лучше, чем простая экстраполяция. По­ этому мы можем только прогнозировать, что в конце концов слу­ чится, если человечество будет действовать определенным обра­ зом, т. е. примерно так же, как сейчас.

2.3. СОВРЕМЕННАЯ ТЕОРИЯ И МОДЕЛИ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА

2.3.1. Состояние вопроса

Климат определяется многочисленными взаимодействующими физическими процессами в океане, атмосфере и на поверхности суши. В каком-то месте или глобально климат подвергается из­ менению во всех масштабах времени, но сами физические про­ цессы остаются теми же и поддаются изучению статистическими, физическими и математическими методами. Для того чтобы устано­ вить возможность и природу климатических изменений под влия­ нием деятельности человека, мы должны понять, какие физические процессы определяют наблюдающийся сейчас климат, а также проникнуть в существо изменений климата в те периоды времени, когда не было влияния человека. Для решения этой проблемы в настоящее время используется несколько физико-математиче­ ских методов, которые обычно называют моделями. Можно выде­ лить четыре типа моделей: 1) глобально осредненные модели,

вкоторых пренебрегают горизонтальным движением атмосферы;

2)параметризованные полуэмпирические модели, которые рас­ сматривают всю подстилающую поверхность и атмосферу, но мо делируют некоторые эффекты атмосферных и океанических дви­ жений с помощью эмпирически вводимых констант; 3) стати- стическо-динамические модели, в которых физические законы ис­ пользуются применительно к статистическим характеристикам ме­ теорологических элементов; 4) численные модели, в которых дви­ жения и взаимодействия рассматриваются в деталях путем инте­ грирования математических уравнений, выражающих изменение

23

метеорологических элементов во времени. Однако практически сле­ дует ограничиться детальным рассмотрением движений некото­ рого минимального масштаба, причем процессы еще меньшего масштаба при реализации таких моделей учитываются посредст­ вом эмпирической параметризации или статистическими мето­ дами.

Глобально осредненные модели служат для предварительного исследования определенных особенностей климата; например, их используют для первых оценок последствий изменения содержа­ ния СО2 . С помощью полуэмпирических моделей можно решать различные климатические задачи. Результаты реализации этих моделей содержат некоторую неопределенность, тем не менее их нельзя игнорировать, особенно если, как это часто бывает, резуль­ таты независимо разработанных моделей сходятся. Статистическодинамические модели находятся еще в ранней стадии развития, однако есть основания надеяться, что через некоторое время они помогут уменьшить число дорогостоящих вычислительных опера­ ций, связанных счисленными моделями. В последнее время в разра­ ботке детальных численных моделей были достигнуты значитель­ ные успехи. С их помощью мы можем оценить масштабы задачи и получить уверенность в возможности ее успешного решения. Мы теперь знаем достаточно о теории климата и о построении клима­ тических моделей, чтобы убедиться в возможности воздействия человека на климат. В конечном счете мы, вероятно, сможем ко­ личественно оценить степень этого воздействия. Недавние резуль­ таты, полученные путем реализации эмпирических моделей, на наш взгляд, доказали необходимость более интенсивного изучения теории климата. Эмпирические модели предсказывают, что неболь­ шое изменение средней температуры воздуха или солнечной радиа­ ции, достигающей поверхности Земли, может вызвать значительное расширение или сокращение площади пакового льда; это повлечет за собой климатические изменения, имеющие огромное значение для жизни людей. По нашему мнению, последнее обстоятельство тоже подчеркивает неотложность интенсивного изучения климата всеми доступными методами, с тем чтобы, разобраться в его

изменениях, как естественных, так и, возможно, вызванных чело­ веком.

2.3.2. Рекомендации

Для понимания причин изменения климата и для проверки точности климатических моделей атмосфера — океан потребуются специальные данные. Поэтому мы рекомендуем проводить:

1) наблюдения за временным и географическим распределе­ нием альбедо и потоком уходящей радиации над всем земным шаром с точностью не менее 1% (см. п. 5.2.4);

2) наблюдения с высоким разрешением за глобальным рас­ пределением (по горизонтали и вертикали) облачности и с мень­ шим разрешением за распределением снежного и ледяного по­ крова в полярных районах (см. пп. 5.2.4, 6.5.6, 6.8.6);

24

3) изучение распределения и измерение оптических характе­ ристик аэрозольных частиц в атмосфере и облаков над всем зем­ ным шаром, определение тенденций их изменений (см. пп. 5.2.4, 6.8.6 и главу 8);

4) определение абсолютной величины солнечной постоянной с точностью больше 0,5% и спектра солнечной радиации от 1800

5)наблюдения за температурой поверхности океанов, если

такую информацию можно получить с помощью спутников

(см. пп. 5.3.4 и 6.8.6).

Нам хотелось бы предложить программу наблюдений за распре­ делением температуры и течениями в верхнем океаническом слое. Однако мы отдаем себе отчет в том, что сейчас нет технических

следования для определения наилучшего пути получения океано­ логических данных, необходимых для проверки объединенных моделей океан — атмосфера (см. пп. 5.3.4 и 6.8.6).

Объединенные модели атмосфера — океан должны быть уточ­ нены и расширены, с тем чтобы оценить величину климатических изменений, обусловленных деятельностью человека, и отличить эти изменения от естественных колебаний климата. Поэтому мы

океаном и воздухом и турбулентный обмен в пограничных слоях океана и атмосферы;

г) частицы в атмосфере.

Воздействие человека должно изучаться путем исследования влияния на климат углекислого газа и других газовых примесей, аэрозолей, притока тепла и модификации подстилающей поверх­ ности. Поэтому мы рекомендуем:

8)широкое использование упрощенных параметризованных климатических моделей, с тем чтобы как можно глубже изучить процессы формирования климата. Эти модели могут быть исполь­ зованы для исследования воздействия индивидуальных факторов на климат при относительно малых затратах машинного времени

(см. пп. 6.4, 6.6 и 6.7);

9)долгосрочное интегрирование реалистической климатичес­ кой модели океан — атмосфера для исследования долговременных колебаний климата, присущих естественным системам (см. п. 6.2.2).

25

2.4. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ, ПРОИЗВЕДЕННЫХ ЧЕЛОВЕКОМ

2.4.1. Состояние вопроса

Ниже рассматриваются те процессы взаимодействия между атмосферой и поверхностью нашей планеты, которые связаны с уп­ равлением 'климатом как в его естественном изменении, так и лри возможном преднамеренном или непреднамеренном вмешатель­ стве человека. Мы уже упоминали о некоторых отраслях деятель­ ности человека, которые вызывают важные для климата измене­ ния поверхности.

Нам представляется, что в этом смысле наиболее чувстви­ тельными поверхностями является ледяной и снежный покров, особенно арктический морской лед, во-первых, из-за больших из­ менений альбедо, сопровождающих любые изменения такой по­ верхности, и, во-вторых, из-за сравнительной легкости ее изме­ нения. Непреднамеренные изменения в ближайшие четыре де­ сятилетия будут иметь главным образом местное значение. Однако мы предвидим реальную возможность того, что через не­ сколько больший период времени, уже в следующем столетии, гло­ бальное изменение температуры, вызванное искусственным введе­ нием тепла и СО2 в атмосферу, может привести к весьма серь­ езному уменьшению и даже полному уничтожению арктических льдов. Более того, весьма вероятно, что искусственное вызывание таяния арктических льдов может оказаться успешным, обратное же действие будет трудно произвести, если вдруг окажется, что уничтожение льда приведет к нежелательным побочным эффек­ там. Пример с арктическим льдом является интересной иллюстра­ цией чувствительности сложной и, вероятно, неустойчивой си­ стемы, которую человек мог бы значительно «переделать» в сле­ дующие несколько десятилетий путем сравнительно небольших воздействий на современный тепловой баланс Земли. Ряд моде­ лей указывает на то, что изменение средней температуры воздуха в северном полушарии на несколько градусов Цельсия могло бы вызвать таяние арктических льдов.

Образовавшиеся в результате этого огромные области откры­ той воды в арктических морях способствовали бы таянию осталь­ ного льда, и в конце концов лед мог бы растаять полностью. Од­ нажды растаяв, лед, вероятно, так легко вновь не образовался бы. Таяние льдов арктических морей не повлияет на уровень Миро­ вого океана. Как изменится климат, особенно в северном полу­ шарии, после таяния арктических льдов, неизвестно, но это изме­ нение может быть значительным и может включать изменение ко­ личества осадков, сезонных температур, ветра и океанических течений. Возможное влияние на ледяной панцирь Гренландии также неизвестно: то ли он увеличится из-за роста количества осадков, то ли начнет таять; неизвестно, как долго будет длиться этот процесс, но мы предполагаем, что он будет происходить в те­

26