В мире будет всё больше волн тепла

Андрей Киселев, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник,
Игорь Кароль, профессор, доктор физико-математических наук,
Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова Росгидромета
«Коммерсантъ Наука» №33, август 2019

Современные изменения климата обычно отождествляют с глобальным потеплением. Однако это лишь верхушка айсберга: в климатической системе Земли наряду с ростом температуры происходят и другие не всегда заметные неспециалисту изменения — перестройка циркуляции воздушных масс в атмосфере и воды в Мировом океане, смена режима осадков и др. А эти изменения, в свою очередь, с высокой вероятностью влекут за собой увеличение числа аномальных погодных явлений — ураганов, ливней, засух, длительных периодов с экстремально высокими или низкими температурами.

Оговорка «с высокой вероятностью» здесь необходима, так как имеющихся сегодня данных наблюдений пока недостаточно, чтобы считать связь между изменениями климата и ростом числа погодных катаклизмов надежно установленным научным фактом. К сожалению, общемировая базирующаяся на научных критериях статистика погодных аномалий отсутствует. Отчасти этот пробел восполняет их подсчет, регулярно проводимый крупными страховыми агентствами, но надо учитывать, что у них своя система критериев. Тем не менее, общее представление о развитии ситуации в последние десятилетия по данным страховых компаний получить можно.

Погода пугает

По данным Росгидромета, на территории России в последние десятилетия потепление климата происходило быстрее и сильнее, чем в среднем на Земле. Скорость современного роста глобальной температуры, вызванного в основном увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере, составила за последние сорок лет около 0,17°С за десять лет. Температура на территории России растет значительно быстрее — 0,45°С за десять лет, и особенно быстро в Арктике, где скорость роста достигает 0,8°С за десять лет.

Статистика свидетельствует и о растущем во всем мире ущербе от опасных погодных и климатических явлений — 90% самых тяжелых экономических потерь приходится на опасные гидрометеорологические явления: паводки, наводнения, сильный ветер, ливневые дожди, град, засухи, оставляя таким стихийным бедствиям, как извержения вулканов, цунами и землетрясения, лишь 10%. По данным Росгидромета, за период 1990–2000 годов на территории России ежегодно фиксировалось 150–200 нанесших ущерб опасных гидрометеорологических явлений. В последующие годы их число возросло до 250–300 в год, а начиная с 2007 года в среднем один раз в два года число таких явлений превышало 400. Опасные явления в двух последних десятилетиях оказались более интенсивными и разрушительными, чем когда-либо.

Триада для объяснения аномалий

За приведенные на рисунке 38 лет число погодных катаклизмов, повлекших за собой значительные материальные потери, возросло примерно в три раза. Поэтому в последние годы изучение этого феномена стало одним из приоритетных направлений климатологии. Достаточно быстро выяснилось, что каждый тип погодных аномалий обладает собственной «индивидуальностью», и его особенности необходимо анализировать отдельно от остальных. Главным образом это вызвано тем обстоятельством, что за возникновение тех или иных погодных катаклизмов «ответственны» разные цепочки развивающихся в климатической системе процессов. Цепочки эти изучены с разной степенью подробности, и это критически отражается на достоверности наших знаний в приложении к каждому отдельному случаю.

Изучение причинно-следственных связей формирования и развития погодных аномалий является комплексным и базируется на «триаде»: 1) на данных их регулярного мониторинга, на способности 2) ясно объяснить происходящее с позиций известных физических законов и 3) воспроизвести его в расчетах с помощью современных климатических моделей. Наличие первых двух пунктов едва ли нуждается в комментариях. А появление третьего необходимо, поскольку только модели могут, во-первых, учесть одновременно все многообразие происходящих в климатической системе взаимодействий, во-вторых, спрогнозировать появление аномалии в обозримом будущем и, в-третьих, восполнить существующий дефицит данных наблюдений.

Словарь потепления

Эль-Ниньо (фаза Южной осцилляции) — колебание температуры поверхностного слоя воды в тропиках в восточной части Тихого океана. Возникает периодически во время католического Рождества раз в два-пять лет, продолжается весь следующий год, иногда дольше. Вызывает перестройку циркуляции в атмосфере и океане и имеет заметное влияние на климат.

Волны Россби (или планетарные волны) — воздушные волны, образующиеся в атмосфере умеренных широт. Возникают вследствие сдвига вихревых потоков из-за неодинаковости воздействия сил Кориолиса на разных широтах. Направляются с востока на запад. Их длина колеблется в пределах от нескольких десятков до нескольких тысяч километров. Принимают участие в формировании циклонов, антициклонов.

Сценарии RCP (Representative Concentration Pathways) — сценарии эволюции антропогенных выбросов парниковых газов в атмосферу в будущем. Используются четыре базовых сценария RCP 8.5, RCP 6.0, RCP 4.5, RCP 2.6. Цифры указывают на ожидаемую предельно допустимую величину радиационного форсинга (в Вт/м2) в 2100 году от начала «индустриальной эпохи». Чем меньше величина радиационного форсинга, тем более жесткие ограничения накладываются на выбросы парниковых газов в атмосферу. Таким образом, социально-экономическое развитие ограничивается лимитом на такие выбросы, обеспечивающим невыход за установленную границу изменений климата.

Атмосфера перестраивается

Согласно современным представлениям, считается, что наибольший прогресс достигнут в понимании механизмов формирования аномальных волн тепла или холода и их связи с текущими изменениями климата. Продолжительность таких волн может составлять от одних или нескольких суток до месяцев (как это было, например, над европейской территорией России летом 2010 года). По данным двух последних десятилетий, наряду с ростом числа летних волн тепла отмечено увеличение их времени жизни. Обычно продолжительное существование таких волн обусловлено блокингом — нахождением над регионом мощного антициклона, препятствующего перемещениям воздушных масс, присущим данной местности и сезону. Подсчитано, что около 3/4 всех блокирующих ситуаций приходится на евразийский континент.

Основной причиной участившихся случаев появления температурных экстремумов называют особенности перестройки атмосферной циркуляции. Однако существуют разные версии относительно того, чем вызвана такая перестройка. Высказывается мнение о ее зависимости от фазы Эль-Ниньо — Южного колебания. Изменения атмосферной циркуляции также объясняют спецификой термодинамических процессов, связывают с нарушениями в струйных течениях, с квазирезонансным усилением, вызывающим высокоамплитудные квазистационарные волны Россби с зональными волновыми числами 6–8 и пр. Столь широкий диапазон толкований, очевидно, стал прямым следствием сложности земной климатической системы, а также нехватки фактических данных. Поэтому неудивительно, что в этой ситуации основная нагрузка ложится на модельную часть вышеупомянутой «триады».

Современные модели высокого разрешения успешно воспроизводят эпизоды возникновения и развития волн тепла или холода, способны прогнозировать их в обозримом будущем. Возникающую при этом проблему описания грядущих изменений климатоформирующих факторов (в первую очередь эволюции эмиссии парниковых газов) решают, используя популярные сегодня сценарии RCP. Не вдаваясь в детали, отметим лишь, что чаще всего выбирают сценарий RCP 8.5, представляющий собой сценарий с максимальными антропогенными выбросами.

Жара может повториться

Основной целью изучения механизмов образования и развития волн тепла или холода (как и других аномальных явлений) является возможность осуществлять в дальнейшем их адекватный модельный прогноз, представляющий практический интерес как для специалистов, так и для обычных людей. Такие прогнозы имеют сегодня широкое распространение и в России, и в мире.

В частности, недавно по проекту Российского научного фонда ученые Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова (ГГО) Владимир Катцов, Игорь Школьник и Сергей Ефимов (Перспективные оценки изменений климата в российских регионах: детализация в физическом и вероятностном пространствах // Метеорология и гидрология, № 7, 2017, с. 68–80) оценили будущие изменения экстремальности климата на территории России, в частности, как изменится продолжительность волн тепла и холода к середине и концу текущего столетия.

В ней использовались массовые ансамблевые расчеты с региональной климатической моделью ГГО, охватывающей всю территорию нашей страны с горизонтальным разрешением 25 км, а также сценарий RCP 8.5.

Результаты показаны на рис. 2. Волны тепла (холода) рассчитываются здесь как максимальные за сезон непрерывные периоды (не менее 6 суток) с температурой воздуха у подстилающей поверхности выше (ниже) порогового среднего климатического значения температуры 90-го (10-го) процентиля в данной точке. Рис. 2 свидетельствует, что региональные изменения длительности волн тепла и холода усиливаются в течение XXI века и охватывают почти всю территорию страны к его концу. При этом продолжительность зимних волн холода сокращается гораздо быстрее, нежели растет длительность волн тепла летом.

Исследователи всего мира сегодня сходятся в том, что в ближайшей перспективе в условиях продолжающегося глобального потепления число волн тепла и их продолжительность будут возрастать. Лишь значительное ослабление эмиссии парниковых газов в атмосферу может снизить вероятность появления волн тепла уже в последующие 20 лет. Однако надо быть большим оптимистом, чтобы поверить в реалистичность такого ослабления.

Источник: m.vk.com