Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
58
Добавлен:
15.03.2019
Размер:
20.29 Mб
Скачать

Однако с помощью уже известных технических, ценовых и пове- денческих изменений потребление энергии можно практически ста- билизировать, а выбросы сократить в несколько раз.

Использование лесных и сельскохозяйственных земель тоже должно быть взято под контроль. Расчеты здесь более неопреде- ленны, чем в энергетике или на транспорте. В целом вероятно, что выбросы от землепользования к середине века сократятся в 2 раза от уровня 2010 г. К концу века можно ожидать, что наземные источ- ники выбросов в мире в целом сойдут к нулю, то есть земли будут

внулевом балансе СО2 с атмосферой.

8.2.2.Рост концентрации других газов

иаэрозолей

Следующим по вкладу в парниковый эффект является метан (СH4), радиационный форсинг которого, как и других парниковых

газов и их динамика, приведен на рис. 8.14. Глобально осредненная концентрации CH4 возросла с 722 ppb (частей на миллиард) в 1750

г. до 1803 ppb в 2011 г., а его радиационный вклад в потепление за этот же период составил 0,48 ± 0,05 Вт/м2. Достаточное количество стан- ций для мониторинга глобального CH4 появилось только с

1978 г. С этого времени можно было рассчитать динамику изменения ско- рости роста метана, которая уменьшалась практически до 1998 г. и далее имела период стабилизации с 1999 по 2006 гг. и снова неко- торое увеличение с 1999 г. (см. рис. 8.14, внизу).

Снижение и стабилизация скорости роста связано с тем, что глобальная эмиссия метана была практически постоянна (примерно 550 Гт в год) с начала 1980-х до 2006 г. Наиболее вероятное повыше- ние скорости эмиссии метана в последующий период связано с ано- мальными высокими температурами в Арктике в 2007–2008 гг. и вы- соким аномальным количеством осадков в тропиках в этот период. Превышение широтных средних значений метана в высоких широ- тах Северного полушария над теми же широтами Южного обуслов- лено именно увеличением эмиссии метана с освободившихся ото льда и снега влажной земной поверхности (болота) и морских мелко-

водий. Однако эти изменения в скорости CH4 дают только 2 % в

об- щий радиационный отклик. При взаимодействии с гидроксильным

радикалом (ОН) метан распадается, так же как и

косвенное воздействие на CO2, водяной пар в стратосфере, озон,

сульфатный аэрозоль и время жизни ФХУ и ГФХУ. В общей эмиссии метана, составляющей 610 Мт/год, на сток приходится 580 Мт/год и накопление атмосферой составляет 20 Мт/год (7 ppb/год). При этом антропогенная эмиссия, связанная с добычей нефти, угля (110 Мт), рисоводством (100 Мт), скотоводством (115 Мт), мусорными свал- ками (40 Мт), сжиганием биомассы (40 Мт),

переработкой мусора

(25

Мт), существенно превышает

естественную из болот (115 Мт),

термитов (20 Мт), океана (15 Мт)

и других

 

форм,

таяния

 

 

Рис. 8.14. Радиационное воздействие метана и других парниковых газов (вверху) и динамика роста метана и изменение скорости его роста за последнее время по разным данным (внизу), на основе 5-го доклада МГЭИК

282

Вклад закиси азота (N2O), который является третьим по значи-

мости газом, в парниковый эффект составляет 1,4 К, или 0,17±0,03 Вт/м2, и его антропогенная эмиссия (8,1 Мт/год) соизмерима с есте- ственной (9,6 Мт/год). Концентрация N2O возросла с 270 ± 7 ppb в

1750 г. до 324,2 ± 0,1 ppb в 2011мг., причем за период с 2005 по 2011 г. концентрация увеличилась на 5 ppb (табл. 8.4).

Табли ца 8.4

ГазовыеРост концентрацииКонцентрация,парниковыхppmгазов иРадиационноедругихгазовыхвоздействие,компонент Вт/м2 компонентыза риод с 20052005по 2011г. г. (в2011ppm иг. в Вт/м2 из2005-гог.доклада МГЭИК)2011 г.

CO2 (ppm)

379

391

1,66

1,82

CH4 (ppb)

1774

1803

0,47

0,48

N2O (ppb)

319

324

0,16

0,17

CFC-11

251

238

0,065

0,062

CFC-12

542

528

0,17

0,17

CFC-13

 

2.7

 

0,0007

CFC-113

78,6

74,3

0,024

0,022

CFC-115

8,36

8,37

0,0017

0,0017

HCFC-22

169

213

0,0355

0,0447

HCFC-141b

17,7

21,4

0,0028

0,0034

HCFC-142b

15,5

21,2

0,0029

0,0040

HFC-23

18,8

24,0

0,0034

0,0043

HFC-32

1,15

4,92

0,0001

0,0005

HFC-125

3,69

9,58

0,0008

0,0022

HFC-134a

34,3

62,7

0,0055

0,0100

HFC-143a

5,6

12,0

0,0009

0,0019

HFC-152a

13

6,4

0,0003

0,0019

SF6

5,64

7,28

0,0032

0,0041

SO2F2

1,35

1,71

0,0003

0,0003

NF3

0,4

0,9

0,0001

0,0002

CF4

75,0

79,0

0,0036

0,0040

C2F6

3,66

4,16

0,0009

0,0010

CH3CCl3

18,32

6,32

0,0013

0,0004

CCl4

93,1

85,8

0,0158

0,0146

CFCs

 

 

0,273

0,026

HCFCs

 

 

0,041

0,005

Общее галогены

 

 

0,351

0,360 283

Общее все

2,64

2,83

Наиболее опасным является воздействие закиси и окислов азота на уменьшение стратосферного озона. Стратосферные окислы азо- та антропогенного происхождения появляются в результате работы самолетных и ракетных двигателей, и чем выше происходит эмис- сия этих газов, тем большее воздействие они

оказывают на озоно- вый слой. Динамика роста радиационного Вт/м2, связанного с ростом антропогенной эмиссии N2O с 1850 .,

воздействия (форсинга)

показана на рис. 8.15, из которого следует, что скорость роста с кон- ца XIX в. остается практически постоянной.

Четвертым по степени влияния является дихлордифторметан (CFC-12), который совместно с другими основными парниковыми газами (СО2, СH4, N2O) дает увеличение радиационного форсинга с

1750 по 2005 гг. в 2,63 Вт/м2.

Вклад галогеноуглеродов, содержащих хлорфторуглероды (ХФУ, или CFCs), гидрохлорфторуглероды (ГХФУ, или HCFCs) и другие малые газовые компоненты, дает прирост радиационного форсинга на 0,351 Вт/м2, что составляет 11 % от общего радиационного воз-

действия всех парниковых газов. Динамика хорошо перемешанных

а)

б)

Рис. 8.15. Рост радиационного форсинга (в Вт/м2) для основных (а) и второстепенных (б) парниковых газов

284

малых парниковых газов приведена на рис. 8.15, б и в табл. 8.4, где жирным шрифтом выделены газы, концентрация которых умень- шилась за счет принятых человечеством мер. Наибольшая скорость роста галогеноуглеродов наблюдалась до 1990 г. и позже, в связи с Монреальским соглашением, концентрации остались практически неизменными или уменьшились. Однако общий их вклад в радиаци- онный форсинг все же несколько увеличился и в 2011 г. составлял 0,360 Вт/м2 в связи с тем, что галогеноуглероды являются долгожи- вущими и необходимо время, чтобы ощутить эффект от снижения их эмиссии.

В настоящее время ведется мониторинг нескольких десятков газовых компонент, которые имеют антропогенное происхождение, и состав их постоянно пополняется. К новым видам парниковых га- зов относится, например, трифторид азота (NF3), который

использу- ется в электронной промышленности, и сульфурилфторид (SO2F2), применяемый в качестве фумиганта, то

есть химического вещества для уничтожения вредных насекомых. Хотя радиационный форсинг этих веществ и составляет всего 0,0002–0,0003 Вт/м2, но их концен- трация быстро растет [8].

В процентном отношении вклад в современное потепление парниковых газов составляет: 66 % от СО2, 15 % от СH4, 3 % от

N2O, 4 % от ХФУ–11, 5 % от ХФУ–12 и еще 7 % от всех остальных

газов. Отдельно рассматривается изменение тропосферного и стра- тосферного озона (О3), которые по-разному влияют на

температу- ру: рост тропосферного озона увеличивает, а рост стратосферного озона уменьшает температуру (см. рис. 8.14, вверху). Скорость ро- ста тропосферного озона в последние десятилетия составила 1–2 % в год при наличии больших сезонных вариаций в 20–30 %. Как видно из рис. 8.16, радиационный вклад тропосферного озона до- стиг в 2010 г. 0,40 Вт/м2 при достаточно высокой неопределенности (от 0,2 до 0,6 Вт/м2), а стратосферный озон дает уменьшение радиа-

ционного форсинга в том же году, равное 0,05 Вт/м2.

Вклад антропогенных аэрозолей в общий их состав пока еще не столь велик и в 4–5 раз меньше, чем аэрозолей естественного происхождения, но доля его постоянно возрастает. Учитывая темпы роста энергетики можно ожидать, что к 2025 г., если не будут приня- ты меры по снижению, в атмосферу за счет сжигания угля и нефти поступит 1361,7 млн т окислов серы, причем основной вклад будет внесен от сжигания угля. Концентрация аэрозоля в урбанизирован- ных районах мира в среднем составляет уже около 100 мг/м3, в то время как в 1960–1972 гг. была около 20 мг/м3.

285

Рис. 8.16. Динамика радиационного форсинга тропосферного (вверху) и стратосферного (внизу) озона

Рис. 8.17. Осредненный по широтам радиационный форсинг в январе от черного аэрозоля, сульфатного аэрозоля и их совместный эффект

К наиболее известным аэрозолям антропогенного происхож- дения относится сульфатный аэрозоль, который содержит сульфат аммония, бисульфат и серную кислоту в водном растворе, он об- разуется в атмосфере при реакциях окисления соединений серы и вносит большой вклад в антипарниковый эффект, составляющий

286

0,40 Вт/м2. Вместе с тем в атмосферу поступает и черный аэрозоль от сжигания ископаемого топлива и биотоплива, а он оказывает про- тивоположный эффект, его вклад в рост парникового эффекта равен также 0,40 Вт/м2. Широтное распределение радиационных вкладов основных антропогенных аэрозолей показано на рис. 8.17.

Остальные виды антропогенного аэрозоля (аэрозоль органиче- ского происхождения при сжигании топлива, сжигание биомассы, использование нитратов) имеют антипарниковый эффект и их об- щий вклад составляет примерно 0,20 Вт/м2.

8.2.3. Другие антропогенные факторы глобального влияния

Тепло, выделяемое в результате хозяйственной деятель- ности. Одна из первых оценок количества прямого тепла, возни- кающего в результате хозяйственной деятельности, была сделана М.И. Будыко (1962), которым было установлено, что для единицы поверхности Земли в целом это количество невелико и составляет 0,006 % общего количества радиации, поглощенной системой «Зем- ля – атмосфера». Соответствующее этому повышение средней гло- бальной температуры будет всего 0,01 °С. Если не учитывать цир- куляцию атмосферы, то в наиболее развитых промышленных рай- онах температура могла возрасти на градусы, а в больших городах и на десятки градусов, что сделало бы там жизнь невозможной.

Уничтожение растительного покрова. Вопрос об изменении глобальной температуры воздуха под влиянием комплексного ан- тропогенного воздействия на растительный покров, что приводит к изменению планетарного альбедо, рассматривался еще в конце 1970-х гг. [9]. Наибольшее изменение альбедо имело место за счет уничтожения растительности саванн и превращение их в пустыню, что происходило на протяжении нескольких тысяч лет на площади

9 млн км2 и сопровождалось увеличением альбедо на 0,19 на этой территории. Вторым по значению фактором изменения альбедо была вырубка тропических лесов, занимавших 7 млн км2, что при-

вело к увеличению альбедо еще на 0,09. В результате общее альбе- до системы «Земля – атмосфера» повысилось на 0,006, что должно привести к снижению температуры. Однако вырубка лесов сопро- вождалась освобождением значительного количества углекислого газа, так как растений, поглощающих его, стало меньше. Поэтому эффект снижения температуры за счет увеличения альбедо поверх- ности полностью компенсируется и даже перекрывается ростом

температуры за счет роста СО2, который не выводится из атмосфе-

ры. В результате массовое уничтожение лесов приводит к повыше- нию температуры и по расчетам, например, при уничтожении лесов на площади 15 млн км2 глобальная температура может увеличиться на 0,6–0,9 °С.

По оценкам Харта (Hurtt и другие, 2006), за период с 1700 по 2000 г. от 42 до 68 % всей поверхности суши подверглось воз- действию человека – земледелие, создание пастбищ, вырубка ле- сов, причем до середины XX в. наибольшее изменение имело место в умеренных широтах Северного полушария. В настоящее время темпы вырубки лесов существенно снизились и идет даже обрат- ный процесс насаждения лесов в Европе, Северной Америке, Китае, хотя максимальная их вырубка продолжает сохраняться в тропи- ках. На рис. 8.18 показано изменение притока солнечной радиации

(в Вт/м2) на разные даты (1750, 1990, 1990 гг.) в связи с изменени- ем альбедо поверхности. В целом, как следует из нижнего графика

на рис. 8.18, внизу справа, наблюдается уменьшение приходящей солнечной радиации примерно на 0,24 Вт/м2 в последние 250 лет

за счет изменений подстилающей поверхности. Причем уменьше- ние радиационного форсинга за счет землепользования за весь до- индустриальный период человечества составляет всего 0,05 Вт/м2.

Обычно большинство лесов темнее, чем травы и пахотные зем- ли, а те, в свою очередь, темнее, чем целинные земли и пустыни. Вырубка лесов увеличивает альбедо поверхности в умеренных ши- ротах особенно в зимний период, когда поверхность растительно- сти заменяется снегом. Однако в ряде мест за счет отдельных ви- дов сельхозкультур земледелие может приводить к более темному альбедо поверхности, чем светлая естественная почва, как следует из рис. 8.18. В результате же в глобальном масштабе парниковый эффект за счет уменьшения лесов доминирует над ростом альбедо, за исключением Европы и Индии. Следствием землепользования являются также лесные пожары, сжигание биомассы, появление до- полнительной пыли с полей и пастбищ.

Влияние орошения и водохранилищ на глобальную темпе- ратуру. Один из первых расчетов влияния орошения засушливых земель на глобальный климат представлен в работе М.И. Будыко [2] в виде численной оценки влияния системы орошения на глобаль- ную температуру. Общее количество орошаемых земель в мире со-

Рис. 8.18. Изменение потока приходящей коротковолновой радиации (Вт/ м2)

всвязи с изменением альбедо поверхности за счет роста землепользования

втри разные даты: 1750, 1900, 1992 гг.

на величину около 0,10. Учитывая долю орошаемых площадей, связь альбедо земной поверхности с альбедо системы «Земля – ат- мосфера» при малой облачности можно получить общее умень- шение альбедо на Земли всего на 0,0004, что дает повышение гло- бальной температуры на величину примерно 0,08 °С. Вместе с тем орошение влияет также на облачность и осадки, увеличивая их, это проявляется в большей степени на локальном, а не на глобальном масштабе.

Оценка влияния водохранилищ на климат Земли также основа- на на изменении альбедо поверхности за счет водохранилищ. При- нимая, что общая площадь водохранилищ на планете 400 тыс.

км2 (или с учетом подпруженных озер – 600 тыс. км2), и считая, что аль-

бедо в среднем за счет водохранилищ уменьшается с 0,17 до 0,15,

можно получить очень малое значение уменьшения глобального альбедо на 0,000025, что повышает глобальную температуру всего на 0,004–0,005 °С.

Из других антропогенных факторов в настоящее время рассма- тривается также и влияние транспорта, в основном авиации, вклад которой в рост СО2 оценивается за последние 100 лет всего в 2 %,

однако в последующие 50 лет может возрасти до 5 % на высотах 8–10 км. Авиация влияет и на увеличение NO2, эмиссия которого

также увеличивается и вертикально интегрируется.

По данным 5-го доклада МГЭИК суммарное антропогенное воздействие на атмосферу по состоянию на 2011 г. в сравнении с 1750 г. составило +2,29 (от 1,13 до 3,33) Вт/м2, причем основной его рост пришелся на последние десятилетия [8]. Эти значения выше, чем приведенные в предыдущем обзоре 2007 г., так как с тех пор увеличилась концентрация парниковых газов, а по ряду оценок роль охлаждающего эффекта аэрозолей стала меньшей. Показана существенная роль «черного углерода» (сажевых аэрозольных час- тиц) в потеплении климата высоких широт.

8.3. Выделение антропогенного влияния

Главная проблема современности – это выделение антропо- генного влияния в колебаниях климатических характеристик как на глобальном, так и на региональном уровнях. Пример оценки глобального антропогенного влияния – это разделение глобальной температуры на две составляющие, одна из которых обусловле- на

Соседние файлы в папке Климатология лабы