Глобальное потепление и аномальная погода начала XXI века
В.А.Семенов
Первое десятилетие XX в. стало самым теплым за время инструментальных наблюдений за глобальной приповерхностной температурой на земном шаре. Ее значения получают, анализируя множество температурных рядов, собранных на метеорологических станциях на суше, а также измеряя температуру поверхности океана (различными методами — с морских судов, автоматических буев, в последние десятилетия — со спутников). Такие данные позволяют составить достоверную картину крупномасштабных температурных аномалий за последние 150 лет.
С начала XX в. глобальная температура выросла примерно на 1°С. Но это увеличение не было равномерным. За так называемым потеплением начала века, достигшим максимума в 40-х годах, последовало некоторое похолодание, вновь сменившееся положительным температурным трендом с 70-х. Потепление ускорилось, и за последние 30 лет XX в. температура выросла почти на 0.7°С. В целом аналогично менялась температура Северного полушария (рис.1) [1], на которое приходится примерно 2/3 площади суши и 90% населения планеты.
По результатам анализов годичных колец деревьев, корал-
© Семенов В.А., 2013
Владимир Анатольевич Семенов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Лаборатории теории климата Института физики атмосферы имАМ.Обухова РАН. Область основных научных интересов — численное моделирование климатических изменений, экстремальные погодные явления, климат Арктики.
лов, характеристик донных отложений, ледяных кернов реконструируются аномалии температуры Северного полушария за последнее тысячелетие. Эти реконструкции (которые, тем не менее, часто становятся предметом горячих споров) показали, что температура последнего десятилетия беспрецедентно высока даже в тысячелетнем масштабе. Я намеренно не касаюсь причин глобального потепления, а также замедления темпов роста температуры в течение последнего десятилетия. Это требует отдельного обсуждения и никак не влияет на тот неоспоримый факт, что начало XXI в. характеризуется самыми высокими глобальными и среднеполушарными температурами за последние как минимум 150 лет. А самый быстрый рост глобальной температуры наблюдался в последние 30 лет XX в.
Казалось бы, повышение глобальной температуры на 1°С — это очень небольшое изменение. Но здесь важно знать следующее. Во-первых, потепление происходит быстрее (примерно вдвое) в высоких широтах Северного полушария. Это явление получило название арктического усиления. Во-вторых, при глобальном потеплении температура над сушей растет быстрее, чем над океаном (приблизительно на 40%). Так, над густонаселенными континентами Северного полушария в средних широтах рост среднегодовой температуры составляет уже не 1°С, а 2—2.5°С. Обе эти особенности главным образом связаны с ростом содержания водяного пара в атмосфере при увеличении температуры (около 7% на 1°С). Водяной пар,
0.8 -
0.6 -I
о.
£
0,4 г
с го
0
1
-0.2 -
-0.4 -
0.2 -
1880 1920 1960
годы
2000
Рис.1. Аномалии среднегодовой (черные кружки) приповерхностной температуры Северного полушария [1]. Большие красные кружки представляют температурные аномалии, осредненные за десятилетия: 1881—1890, 1891— 1900...2001—2010 гг.
основным источником которого служит испарение с поверхности океана, переносится из низких широт в высокие и с океана на сушу, где, конденсируясь, приводит к дополнительному потеплению. В-третьих — и это, возможно, самое главное, — даже небольшие вариации глобальной температуры приводят к значительным изменениям циркуляции атмосферы и океана, ответственной за перенос тепла из низких широт в высокие. Механизмы таких изменений, как правило, сложны; в настоящее время они стали предметом многочисленных исследований.
Заметнее, чем температура, изменяются другие характеристики земной климатической системы. Например, за последние 30 лет площадь льда летом в Арктике уменьшилась более чем в два раза. В случае потепления еще на 1С акватория Северного Ледовитого океана в теплый период года, как ожидается, будет совсем освобождаться ото льда. Тем не менее, даже учитывая эти особенности, региональное увеличение средней (за год или за сезон) температуры воздуха на 0.2—0.5°С в десятилетие выглядит гомеопатической дозой.
Человек и созданная им инфраструктура гораздо более чувствительны к экстремальным погодным явлениям, чем к изменениям средних климатических параметров. Экстремальные явления часто сопровождаются большим экономическим ущербом, негативными последствиями для эколо-
гии, а порой и многочисленными человеческими жертвами. Связанные, как правило, с динамикой атмосферной циркуляции — циклонами, антициклонами, атмосферными фронтами — погодные аномалии зависят, причем часто нелинейным образом, от множества факторов. Приводит ли глобальное потепление к увеличению вероятности и интенсивности экстремальных погодных явлений? И если приводит, то каков механизм, связывающий глобальные изменения климата и капризы погоды в региональном масштабе? Однозначных ответов на эти вопросы пока еще нет, хотя в некоторых случаях есть основания говорить о возможном увеличении экстремальности погоды из-за потепления. Также интересно и важно, что связь между аномальной погодой и глобальными климатическими изменениями может быть весьма непростой. В данной статье я постараюсь, помимо рассмотрения некоторых общих аспектов, на нескольких примерах проиллюстрировать сложность физических процессов, которые могут приводить к аномалиям погоды на территории России. Следует отметить, что интенсивные исследования в области экстремальных явлений начались лишь 10—15 лет назад. Этому способствовали систематизация глобальных данных наблюдений и развитие климатических моделей. Дополнительной мотивацией к проведению таких исследований в последние годы стал значительный рост числа сообщений о погодных аномалиях.
Действительно, наряду с рекордными значениями глобальной температуры начало XXI в. сопровождалось множеством экстремальных погодных явлений в различных регионах планеты. Многие из этих событий по своей интенсивности стали беспрецедентными за последние несколько столетий. В качестве примеров (они широко освещались в СМИ) можно упомянуть экстремальные осадки над территорией Германии и Чехии в 2002 г., вызвавшие сильные наводнения в Праге и Дрездене (по уровню воды их уже превзошли наводнения мая-июня 2013 г.). Летом 2003 г. температура воздуха в Западной Европе стала рекордно высокой за как минимум 500 предшествующих лет. В 2005 г. над Северной Атлантикой зародилось множество тропических ураганов, в их числе «Катрина», которая привела к катастрофическим событиям в Новом Орлеане. Спустя два года над Западной Европой пронесся разрушительный шторм <• Кирилл». В 2009 г. жара и засуха случились в Австралии, в 2011 г. — в Северной Америке. Жителям Центральной России надолго запомнилась летняя жара 2010 г. с сильной засухой и пожарами, также не имеющая аналогов за последние 500 лет [2]. Еще одна интересная особенность последнего десятилетия — ряд аномально холодных зим на севере Евразии, в том числе на европейской территории России. Эти события вызвали волну обсуждений из-за кажущегося противоречия (как будет показано — мнимого) с кон-
цепцией глобального потепления, предсказывающей наибольшее потепление как раз над северными континентами и в зимний период.
Следует разграничивать экстремальные и аномальные события. Замечу, что точного и универсального определения экстремального события в климатологии пока нет. Приведенное ниже — результат консенсуса, к которому удалось прийти широкому кругу специалистов. Оно, с их точки зрения, позволяет наиболее удачно описать широкий спектр различных явлений, считающихся экстремальными [3]. Экстремальное событие — это событие, при котором величина некоторой характеристики климата (или погоды) находится выше (или ниже) определенного порога, лежащего на верхнем (или нижнем) краю диапазона изменений этой характеристики. Когда рассматривается климатическое экстремальное событие, подразумевается, что диапазон изменений данной характеристики включает достаточно большой (как правило, весь доступный) период наблюдений. Согласно такому определению, летняя жара 2010 г. считается экстремальной, поскольку температура превысила все предшествующие средние для летних месяцев максимальные значения (рис.2). Аномальное же явление характеризуется значительным отклонением климатической переменной от среднего значения — нормы, вычисляемой для интересующего нас периода времени. Хорошим примером были холодные зимы XXI в., которые стали аномально холодными на фоне теплых зим предшествующих двух десятилетий (см. рис.2), но при этом обычными, скажем, для периода 1950—1970-х годов.
Некоторые изменения в частоте и интенсивности экстремальных явлений — прямое следствие общего роста температуры. Они ожидаемы
и объяснимы с помощью простых физических и статистических законов и, кроме того, достаточно хорошо воспроизводятся климатическими моделями. Это, например, экстремально высокие ежедневные температуры и их повторяемость. Они растут с потеплением, что вполне ожидаемо при общем сдвиге функции плотности распределения вероятности температурных аномалий. Такие тенденции отмечаются и по данным наблюдений, и по результатам экспериментов с климатическими моделями. Уменьшаются в целом вероятность и величина отрицательных экстремальных температур.
Несколько сложнее и неопределеннее ситуация с ежедневными осадками. Но и здесь есть физическое обоснование и определенное согласие между данными наблюдений и модельными результатами. Как уже упоминалось, при увеличении температуры воздуха растет содержание влаги в атмосфере. Значит, с потеплением следует ожидать более интенсивных дождей. Так в целом и происходит: интенсивность осадков и их экстремальность растут. Во многих регионах все большая часть общего количества осадков за месяц или сезон приходится именно на сильные дожди, при этом вклад слабых уменьшается. Кроме того, увеличение температуры поверхности океана ведет к росту испарения, а оно, в свою оч
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.