Кондратьев К. Я. Окружающая среда и климат. 1985

Одна из наиболее популярных гипотез об изменениях климата как в геологическом прошлом, так и в настоящее время связывает вариации температуры с изменениями содержания углекислого газа в атмосфере, порождающими изменения «парникового эффекта». Так называют свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать тепловое излучение земной поверхности и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землей. Лишь в так называемых окнах прозрачности отдача тепла осуществляется почти беспрепятственно (при отсутствии облаков). Наиболее важное окно прозрачности расположено в интервале длин волн 7—14 мкм. Главный вклад в формирование «парникового эффекта» вносят водяной пар и углекислый газ, содержащийся в атмосфере, поэтому при возрастании содержания углекислого газа «парниковый эффект» усиливается.

Известно, однако, что спектр поглощения атмосферы в окнах прозрачности в области длин волн 7—14 мкм определяется не только влиянием углекислого газа, но и таких газовых компонентов, как озон и многие другие, а также аэрозоли. Естественно, что с точки зрения теории изменений климата наиболее важная роль принадлежит оптически активным компонентам, которым свойственна долговременная изменчивость. Особое место занимают в связи с этим фторхлорметаны (фреоны)—компоненты атмосферы, имеющие исключительно антропогенное происхождение. Масштабы выброса фреонов в атмосферу постоянно растут.

С целью изучения влияния газовых и аэрозольных компонентов на «парниковый эффект» автор этой брошюры и Н. И. Москаленко выполнили расчеты потоков излучения для моделей атмосферы Земли различного химического состава. В расчетную схему включены многие компоненты, оказывающие влияние на поглощение излучения в земной атмосфере, включая водяной пар, углекислый газ, азот и кислород, метан, окись азота, закись азота, двуокись азота, двуокись серы, пары азотной кислоты, этилен, ацетилен, этан, формальдегид, фторхлорметаны (фреоны), аммиак, аэрозольные образования различного химического состава и микроструктуры (размеров частиц).

Приведем расчетную зависимость повышения температуры земной поверхности от увеличения концентрации С02 в N раз при учете обратной связи с содержанием влаги в атмосфере (повышающимся при потеплении климата — АТ' и АТ") и без такого учета косвенное влияние С02 на изменение температуры поверхности планеты (через воздействие на содержание влаги в атмосфере) эквивалентно увеличению «парникового эффекта» за счет С02. Характерно, что облачность является стабилизирующим фактором в установлении климата на Земле, ограничивая повышение температуры под воздействием «парникового эффекта» оптически активных газовых компонентов. С увеличением влажности атмосферы увеличивается перекрытие небосвода облачностью, что уменьшает количество солнечной радиации, аккумулированной системой поверхность планеты — атмосфера.

Расчеты возможного потепления на Земле в результате увеличения концентрации С02 показали, что такое потепление наиболее четко выражено в холодных полярных районах, для которых увеличение концентрации С02 в 2 раза может привести к потеплению у поверхности на 5° С и более.

Удвоение концентрации закиси азота приводит к росту средней температуры на 0,7°, а с удвоением концентрации аммиака и метана температура поверхности увеличивается соответственно на 0,1 и 0,3° С. Увеличение содержания фреонов в 20 раз может привести к «парниковому эффекту», составляющему 0,6— Г, а суммарный «парниковый эффект», обусловленный удвоением концентрации Ы20, СН4, 502, НЫОз достигает 1,2° С.

При расчетах «парникового эффекта» важно учитывать и такие газовые компоненты, как СС14 и СР4, имеющие сильные полосы поглощения вблизи 10 мкм. Увеличение промышленных выбросов СС14 и СР4 в будущем может вызвать усиление «парникового эффекта» на 0,8—1°С. Стратосфера холоднее, чем тропосфера, и «парниковый эффект» здесь проявляется более заметно. Так, увеличение количества водяного пара в стратосфере в 2 раза приводит к потеплению на Г, а уменьшение концентрации Оз на 25% за счет разрушения озонного слоя вызывает антипарниковый эффект, составляющий— 0,44-0,5° С. Таким образом, учет значительного числа оптических активных компонентов, влияние которых на климат ранее представлялось пренебрежимо малым, свидетельствует о тенденции потепления климата, обусловленного антропогенным образованием малых газовых компонентов. Несомненна поэтому необходимость слежения за глобальными изменениями их концентрации.

Рассматривая возможные изменения климата вследствие антропогенного изменения химического состава атмосферы, необходимо учитывать взаимосвязь различных климатообразующих факторов. Например, увеличение содержания фторхлорметанов может существенно изменить содержание атмосферного озона. Важно при этом, что изменение концентрации озона очень неоднородно по высоте. Расчеты показали, что «парниковый эффект», вызванный озоном, очень чувствителен к вариациям его вертикального распределения и проявляется не только из-за прямого воздействия озона, но и косвенно через другие атмосферные компоненты, варьирующие в результате изменения распределения температуры в страто-, сфере. Если равномерное уменьшение концентрации озона на 25% приводит к понижению температуры поверхности среднепланетарной модели атмосферы на 0,45°, то неоднородное уменьшение концентрации озона вызывает «антипарниковый эффект» — 0,25° С. Важно учитывать концентрацию озона не только в стратосфере, но и в тропосфере, так как изменения содержания тропосферного озона часто приводят к обратным эффектам по сравнению с результатами, обусловленными стратосферными изменениями концентрации озона.

Сложная природа «парникового эффекта» свидетельствует о необходимости следить за различными малыми газовыми компонентами атмосферы, которые являются оптически активными. С этой целью сейчас разрабатываются и используются разные методики, основанные на применении таких наблюдательных платформ, как самолеты, аэростаты и спутники.

В результате проведенных за последние несколько лет теоретических исследований можно сформулировать следующие общие выводы: 1) актуальны всесторонние исследования возможного воздействия антропогенно обусловленных изменений состава атмосферы на климат; 2) подобное воздействие не сводится к вызванному ростом концентрации С02 усилению «парникового эффекта» атмосферы и потеплению глобального климата; 3) из-за недостаточной изученности глобального круговорота углерода и исключительной сложности климатической системы, определяемой многочисленностью обратных связей, все полученные до сих пор оценки влияния СО2 на климат следует рассматривать как условные. Эта условность вызвана также тем, что, помимо СО;, целый ряд других оптически активных малых газовых компонентов атмосферы вносит заметный вклад в «парниковый эффект» атмосферы (не следует забывать и о большом значении атмосферного аэрозоля, влияющего на «парниковый эффект»).

Для решения проблемы влияния СОг на климат и получения достаточно обоснованных прогнозных оценок необходимы: 1) реалистические оценки динамики развития энергетики (потребления сжигаемых топлив); 2) основанные на этих оценках прогнозы трансформации глобального круговорота углерода с учетом динамики биосферы и способности Мирового океана к усвоению усиливающихся выбросов СОг; 3) детальный анализ и учет физическом природы обусловленного СО; «парникового эффекта»; 4) разработка трехмерных моделей климата, с помощью которых можно адекватно описать взаимодействие атмосферы и океана, а также основанные на надежной параметризации облачности, радиации и Пограничного слоя атмосферы.

Исключительно важное значение имеет обнаружение антропогенно обусловленных изменений климата по данным наблюдений.