ИЗВЕСТИЯ РАН. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2012, том 48, № 6, с. 643-654
УДК 551.581
ОЦЕНКИ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В СЕВЕРНОМ ПОЛУШАРИИ В XXI ВЕКЕ ПРИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ СЦЕНАРИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ
© 2012 г. М. М. Аржанов*, А. В. Елисеев*, В. В. Клименко**, И. И. Мохов*, А. Г. Терёшин**
*Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН 119017Москва, Пыжевский пер., 3 E-mail: arzhanov@ifaran.ru ** Национальный исследовательский университет «МЭИ» 111250 Москва, Красноказарменная ул., 14 Поступила в редакцию 24.06.2011 г., после доработки 27.09.2011 г.
Получены оценки возможных изменений климатических характеристик в Северном полушарии в XXI веке с использованием климатической модели (КМ) ИФА РАН при различных сценариях изменения содержания парниковых газов и аэрозолей в атмосфере, в том числе сформированных в ИФА РАН на основе сценариев эмиссий SRES (группа сценариев I) и МЭИ (группа сценариев II). Глобальное среднегодовое потепление у поверхности в течение XXI века составляет 1.2°—2.6°С при сценариях I и 0.9°—1.2°С при сценариях II. Для всех сценариев II, начиная с 60-х гг. XXI века, наблюдается уменьшение скорости роста среднегодовой глобальной приповерхностной температуры. Для обеих групп сценариев получена сходная пространственная структура изменений среднегодовой приповерхностной температуры в XXI веке с меньшими абсолютными значениями при сценариях II. При сценариях I среднегодовая приповерхностная температура внетропических широт увеличивается в XXI веке на 3°—7°С в Северной Америке и на 3°—5°С в Евразии. При сценариях II приповерхностная температура увеличивается на 2°—4°С в Северной Америке и на 2°—3°С в Евразии. Для обеих групп сценариев отмечен общий рост осадков к концу XXI века, наиболее значительный над сушей Северного полушария. Общая площадь приповерхностных многолетнемерзлых грунтов суши Северного полушария к концу XXI века сокращается до 3.9—9.5 млн. км2 при сценариях I и до 9.7—11.0 млн. км2 при сценариях II. Уменьшение площади приповерхностных многолетнемерзлых грунтов к 2091—2100 гг. века относительно 2001—2010 гг. составляет примерно 65% при сценариях I и 40% при сценариях II. Характерные значения глубин сезонного протаивания к концу XXI века в регионах, где сохраняются приповерхностные многолетнемерзлые грунты в Восточной Сибири, составляют 0.5—2.5 м при сценариях I и 1—2 м при сценариях II. В Западной Сибири при сценариях I и II значения глубин сезонного протаивания составляют 1—2 м.
Ключевые слова: климатические сценарии, изменения климата, вечная мерзлота, моделирование.
1. ВВЕДЕНИЕ
Количественные модельные оценки возможных климатических изменений в XXI веке существенно зависят от сценариев естественных и антропогенных воздействий [1—3] (см. также [4—6]). Неопределенность сценариев прогнозируемых климатических изменений в связи с вариациями естественных воздействий, в частности, солнечной и вулканической активности, существенно увеличивается при учете вероятных антропогенных воздействий на глобальный климат из-за дополнительных эмиссий парниковых газов и сульфатных аэрозолей [3]. Такие сценарии зависят от развития мировой энергетики, применяемых промышленных технологий, изменений в землепользовании, а также особенностей социально-экономического развития отдельных стран и регионов. В данной работе рассматриваются две
независимые группы сценариев (каждая группа состоит из трех сценариев), описывающих соответствующие изменения концентрации климатически активных веществ (парниковых газов и аэрозолей), основанных на качественном описании мирового социально-экономического развития. В обе группы включены так называемые "неполитические" сценарии (non-climate policy scenarios), в основе которых лежат предположения о мировом развитии без каких-либо специальных мер по регулированию антропогенного воздействия на климат и "политические" сценарии, построенные с учетом регулирования глобальной антропогенной эмиссии парниковых газов, которое приводит к ограничению роста их концентрации в атмосфере. Целью данной работы является оценка возможных изменений климатических характеристик в Северном полуша-
1100 1000 > 900
I 800
л
700 600 500 400 300
О
о
2000
2050 Годы
О
О
2100
1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 2000
II
2050 Годы
2100
Рис. 1. Изменения эквивалентной концентрации СО2 в атмосфере в сценариях I и II: 1 (жирная линия), 2 (тонкая линия), 3 (пунктирная линия) (см. текст для пояснений).
I
рии в XXI веке в случае реализации ансамблей альтернативных сценариев антропогенного воздействия с использованием разработанной в Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН глобальной климатической модели (КМ) ИФА РАН.
2. ОПИСАНИЕ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
С КМ ИФА РАН (описание используемой версии дано в [7]) проведены численные эксперименты при сценариях внешних воздействий, сформированных на основе сценариев эмиссий SR.ES (группа сценариев I) и МЭИ (группа сценариев II). В этих экспериментах для ХГХ—ХХ веков в сценариях I эмиссии углекислого газа за счет сжигания ископаемого топлива и промышленной деятельности задавались по данным [8], за счет землепользования — по данным [9]. Эквивалентная концентрация углекислого газа при сценариях SRES рассчитывалась в КМ ИФА РАН с учетом концентраций С02, СН4 и ^О, задаваемых для ХГХ—ХХ веков в соответствии с данными ледникового бурения в Гренландии [10], для ХХ! века — согласно расчетам с моделью BERNCC при сценариях SRES А2, А1В и В1 [11]. Соответствующие численные эксперименты будут обозначаться в зависимости от сценария: I-! (при SRES А2), Ь2 (при SRES А1В) и Ь3 (при SRES В1). На рис. 1а представлены эквивалентные концентрации углекислого газа в атмосфере в XXI веке при сценариях I.
Изменения концентрации сульфатных аэрозолей в тропосфере были заданы по расчетам [12], проведенным с моделью химии и переноса примесей в атмосфере M0ZART-2.0, при тех же сценариях SRES для эмиссий веществ-предшественников тропосферных сульфатов.
Согласно альтернативным сценариям группы II [13—17], основанным на данных о развитии мировой энергетики и других важнейших областей
мировой экономики, прогнозируется более сдержанное энергопотребление в мире в течение XXI века [14] по сравнению со сценариями SRES — в 2—2.5 раза ниже, чем в сценариях SRES группы А.
Сценарий II-1 ориентируется на тенденции развития мировой энергетики последнего двадцатилетия [14]. Он предусматривает несколько большие объемы эмиссии диоксида углерода из энергетических источников в первой половине XXI века по сравнению с базовым сценарием П-2, в первую очередь, в результате замедления темпов снижения углеродной интенсивности коммерческого энергопотребления (удельных выбросов С02 на единицу потребляемой энергии) за счет увеличения потребления угля. Также в этом сценарии используются уточненные оценки будущих концентраций в атмосфере других парниковых составляющих и аэрозолей.
Сценарий П-2 основан на базовом прогнозе мирового энергопотребления и эмиссии диоксида углерода [15], а также выбросов других парниковых газов и оксидов серы и азота в различных отраслях мировой экономики [16, 17]. При этом основным источником антропогенного воздействия на атмосферу является мировая энергетика (за счет эмиссии основного парникового газа — диоксида углерода, ежегодные темпы роста которой в последние 20 лет превышали 1.6%): в течение ближайших 80—100 лет мировое энергопотребление достигнет 23—25 млрд. т у.т./год (против современного значения в 17.5 млрд. т у.т./год). Несмотря на постоянно снижающиеся удельные показатели выбросов парниковых газов, их эмиссия из энергетических источников будет продолжать расти вплоть до середины текущего столетия из-за сохраняющейся высокой доли органического топлива в мировом энергетическом балансе, и лишь по мере исчерпания запасов нефти и газа и благодаря интенсивному внедрению возобновляемых источников энергии к концу XXI века ожидается снижение объемов выброса С02 и дальнейшая стабилизация его эмиссии на уровне,
определяемом объемом потребления угля. Качественно аналогичная динамика характерна и для антропогенной эмиссии оксидов серы, основного источника тропосферных аэрозолей, но для этого компонента атмосферы снижение глобальной эмиссии наблюдается уже несколько лет благодаря внедрению природоохранных технологий в энергетике и продолжится в дальнейшем, достигнув к концу текущего столетия практически нулевой отметки [16]. Источниками эмиссии остальных парниковых газов преимущественно являются сельское хозяйство и промышленность, их объем определяется в основном численностью мирового населения, стабилизация которого также ожидается в конце XXI столетия на уровне 910 млрд. чел. [16, 17]. Таким образом, антропогенное воздействие на атмосферу после 2100 г. можно считать практически постоянным. Изменения концентрации С02 рассчитывались с применением боксово-диффузионной модели глобального углеродного цикла, разработанной в МЭИ [18]. Согласно расчетам, для принятых в сценарии П-2 объемов эмиссии углекислого газа его концентрация к 2100 г. достигнет значения 460 млн.-1 (по сравнению с современным значением 394 млн.-1 и доиндустриальным 281 млн.-1) и в дальнейшем сохранится примерно на этом уровне. Для расчета концентраций остальных парниковых компонентов использовались простые балансовые модели, учитывающие скорость их вывода из атмосферы [16]. Охлаждающий эффект сульфатных аэрозолей рассчитывался пропорционально эмиссии этого короткоживущего атмосферного компонента [17].
Наименее жесткий антропогенный сценарий П-3 представляет собой вариант сценария II-1 при условии выполнения ограничений по эмиссии парниковых газов, накладываемых на развитые страны Киотским протоколом. При этом предполагается постепенное распространение практики, определившей снижение к 2010 г. этих выбросов в странах указанной группы на 5% по сравнению с уровнем 1990 г., на все другие страны земного шара в течение столетия [19].
Эквивалентные (вычисленные с учетом радиационного форсинга С02, СН4 и ^0) концентрации углекислого газа в атмосфере в XXI веке в сценариях II представлены на рис. 1б
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.