Атмосфера Парниковый эффект Динамика климата Средняя температура

Атмосфера. Парниковый эффект. Динамика климата

Средняя температура поверхности Земли + 15 о. С, без парникового эффекта она была бы - 18 о. С. Парниковый эффект - один из механизмов жизнеобеспечения на Земле.

Парниковый эффект – разогревание нижних слоев атмосферы, возникающее за счет поглощения теплового излучения поверхности Земли молекулами следующих газов: • водяной пар, находящийся в атмосфере • углекислый газ (диоксид углерода) (СО 2), • метан (СН 4), • оксиды азота, в особенности N 2 O • озон (О 3) • хлорфторуглероды

Парниковый эффект • Атмосфера слабо поглощает солнечную радиацию в видимой части спектра, большая часть которой достигает земной поверхности, но задерживает длинноволновое тепловое ИК излучение, исходящее от ее поверхности, что приводит к значительному повышению температуры ее нижних слоев.

Вещества, создающие парниковый эффект: H 2 O, CO 2, CH 4, N 2 O, O 3, галокарбоны Современный парниковый эффект составляет около 30 градусов Вещества, поглощающие или отражающие солнечное излучение: O 3, аэрозоли (минеральная пыль, морская соль, сульфатный аэрозоль, сажа, органические в-ва) Аэрозоли влияют также на свойства облаков: радиус капель, водность Модели климата должны вычислять концентрацию этих веществ

Парниковый эффект Парниковым может считаться любой газ, поглощающий в ИК-области и содержащийся в сколь угодно малых количествах в атмосфере. • водяной пар, находящийся в атмосфере • углекислый газ (диоксид углерода) (СО 2), • метан (СН 4), • оксиды азота, в особенности N 2 O • озон (О 3) • хлорфторуглероды

Парниковый эффект каждого из таких газов зависит от трех основных факторов: 1. ожидаемого парникового эффекта на протяжении ближайших десятилетий или веков (например, 20, 100 или 500 лет), вызываемого единичным объемом газа, уже поступившим в атмосферу, по сравнению с эффектом от углекислого газа, принимаемым за единицу; 2. типичной продолжительности его пребывания в атмосфере 3. объема эмиссии газа.

Основные особенности газов с парниковым эффектом Концентрация, частей на миллиард Относительный парниковый потенциал газа на ближайшие 20 лет Продолжительность существования в атмосфере, гг. СО 2 358000 1 50– 200 СН 4 1720 12 16 N 2 O 312 290 120 0, 1 -0, 3 300 -8000 от 7 до 400 CFC (ХФУ)

Вклад парниковых газов в изменение радиационного баланса (2000 г. )

Основные парниковые газы атмосферы Земли • Водяной пар 36 — 72 % • Диоксид углерода 9 — 26 % • Метан 4 — 9 % • Озон 3 — 7 % концентрация водяного пара в тропосфере существенно зависит от приповерхностной температуры

Аэрозо ль —дисперсная система, состоящая из взвешенных в воздухе, мелких частиц. Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твёрдых частиц, если они не выпадают в осадок, говорят о дымах, либо о пыли. Размеры частиц в аэрозолях изменяются от нескольких миллиметров до 10− 7 мм.

Аэрозоли Солнечное излучение проходя через атмосферу к поверхности, испытывает рассеяние на частицах аэрозолей, что ослабляет доходящий до поверхности поток и возвращает часть его назад в космос. Аэрозоли оказывают антипарниковый эффект Парниковый эффект действует в любое время суток, а антипарниковый эффект только днем.

• Климат — многолетний режим погоды, характерный для данной местности в силу её географического местоположения. • Под климатом принято понимать усреднённое значение погоды за длительный промежуток времени (порядка нескольких десятилетий) то есть климат — это средняя погода. • Погода — это мгновенное состояние некоторых характеристик (температура, влажность, облачность, давление и др. ). • Отклонение погоды от климатической нормы не может рассматриваться как изменение климата, например, очень холодная зима не говорит о похолодании климата. • Для выявления изменений климата нужен значимый тренд характеристик атмосферы за длительный период времени (порядка десятка лет).

17 5, 3 -0 23 -5, 3 65 -23 145 -65 410360 360290 290250 250200 200 -145 510440 440 -410 570 -510 2500 -570 4200 -2500 Возраст (млн. лет) Эволюция атмосферного СО 2 в геологической истории

18

Климатическая система Атмосфера облачность, СО 2, ТАП Океан высокая теплоемкость, низкое альбедо, течения Оледенение ледниковые покровы, снег, морские льды Биосфера масса живого вещества Земная кора альбедо, вулканизм, тектонические движения, выветривание Взаимодействие компонентов климатической системы (по А. А. Величко, Н. А. Ясаманову)

Изменения среднегодовых температур в северном полушарии в зависимости от поступления в атмосферу пепла и пыли вулканогенного (пунктир) и техногенного (сплошная линия) происхождения По материалам: [Mitchell, 1970], с добавлениями Н. П. Лаверова

Взрывное извержение зрелого вулкана

Буровые платформы, разрушенные во время войны в Кувейте в 1991 г. Крупномасштабное воздействие лесных пожаров (7 мая 2003 г. , район оз. Байкал)

Динамика изменения содержания СО 2 и СН 4 за последние 400 тыс. лет Динамика изменения уровня океана и температуры за последние 400 тыс. лет

Атмосферная концентрация CO 2 ppm Конец 2010: 389. 6 ppm Среднегодовая скорость роста (ppm г-1) Скорость роста концентрации (среднее по десятилетиям) 1970 – 1979: 1. 3 ppm г-1 1980 – 1989: 1. 6 ppm г-1 1990 – 1999: 1. 5 ppm г-1 2000 – 2010: 1. 9 Data Source: Thomas Conway, 2011, NOAA/ESRL + Scripts Institution 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 2. 36 1. 63 1. 81 2. 11 1. 83 2. 39 1. 58 2. 20 2. 40 1. 89 1. 22

Судьба эмитированного CO 2 (2010) 9. 1± 0. 5 Гт C г-1 5. 0± 0. 2 Гт C г-1 50% + 0. 9± 0. 7 Гт C г-1 2. 6± 1. 0 Гт C г-1 26% NPP 24% 2. 4± 0. 5 Гт C г-1 Среднее по 5 моделям Global Carbon Project 2010; Updated from Le Quéré et al. 2009, Nature Geoscience; Canadell et al. 2007, PNAS

Варианты реконструкции с различными модификациями палинологических данных: 1 – без корректировки датировок и без взвешивания; 2 – с корректировкой датировок и со взвешиванием. Варианты реконструкции с различной калибровкой: 3 – калибровка на инструментальном периоде с такими же средним и дисперсией; 4 – калибровка на инструментальном периоде, линейная регрессия, с доверительным интервалом 99%; 5 – калибровка, основанная на эффекте арктической амплификации и минимальных значениях по инструментальным данным

Потоки талых вод, стекающих с ледяного щита Гренландии, 2005 г.

Ускорение таяния льдов в Гренландии. Снимки получены с помощью КА Quik. Scan, ICESat, DMSP и др.

Динамика обмеления Аральского моря, наблюдаемая с помощью КА Landsat Aqua, Terra (США), «Ресурс-0» , «Монитор-3» (Россия) и др. в разные годы

Кармадонское ущелье (Северная Осетия – Алания) Котляков В. М. , 2009

Удобрительный эффект повышающейся концентрации СО 2 в атмосфере Влияние повышенной концентрации СО 2 на биомассу тополя (сухой вес) Надземная масса Корни 400 800 1200

Концентрации парниковых газов растут • Повышение уровней после 1750 г. вследствие развития хозяйственной деятельности • Резкий рост за последние 50 лет • Концентрации CO 2 в атмосфере сохранялись ниже 300 ppm по крайней мере на протяжении 600, 000 лет • В настоящее время они составляют 380 ppm и продолжают расти

Эмиссия CO 2 от сжигания ископаемого топлива (главные эмиттеры - Top Emitters) 2500000 КНР 2. 24 Гт 2010 рост к 2009 г 10. 4% 2000 Эмиссия С-СО 2 Гт/год 2000000 1. 44 Гт 1500000 США 4. 1% 1000000 500 Индия 0. 56 Гт РФ 0. 46 Гт 500000 0 9. 4% 5. 8% 6. 8% Япония 0. 31 Гт 1990 2000 2010 199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010 Годы 0 Global Carbon Project 2011; Peters et al. 2011, Nature CC; Data: Boden, Marland, Andres-CDIAC 2011

A SA IN R DIA U SS JA IA G ER PA M N AN SO Y U TH IR K AN O SA C RE A A U N UD NA IT ED I AR DA K AB IN I IN GD A D O OM N E SO M SIA U IT TH EX AL A ICO Y FR (in IC cl. S BR A FR an AZ AN M IL C AU ar E S in (in TR o) cl. M AL on IA PO aco ) TH LA N AI D LA N D U IN H 2500000 2500 2000000 2000 5 1500000 1500 4 3 1000000 1000 2 500000 500 1 0 0 0 Global Carbon Project 2011; Data: Boden, Marland, Andres-CDIAC 2011; Population World Эмиссия на 1 человека в т С/год C Общая эмиссия ССО 2, млн. т/год 20 главных эмиттеров CO 2 и эмиссия в расчете на 1 человека в 2010 г 6

Антропогенная эмиссия СО 2 относительно ее природных источников на Земле (%) Дыхание наземной биоты 25 Дыхание океанической биоты Дыхание почв 30 Антропогенная эмиссия

Decline in the Efficiency of Natural CO 2 -Sinks 400 кг СО 2 оставалось в атмосфере Из 1 т эмитированного СО 2 450 кг СО 2 оставалось в атмосфере Из 1 т эмитированного СО 2

Соотношение почвенной и антропогенной эмиссии СО 2 (2008 г. ) Из почв Регион Мир Россия Антропогенная Гт/год %к Гт/год почвенной эмиссии 60 ± 10 9. 9 16. 5 4. 3 ± 0. 2 0. 4 9. 3

Растущее население Земли в обозримом будущем вряд ли откажется от использования традиционных источников энергии, хотя все шире разрабатываются энергосберегающие технологии, расширяются масштабы использования нетрадиоционных, возобновляемых источников энергии. Вместе с тем парниковый эффект независимо от внедрения новых технологий энергосбережения и принятия новых соглашений будет продолжать нарастать. Уровень насыщения органическим углеродом экосистем определяется почвенно-климатическими особенностями и этот уровень имеет свои ограничения. При изменении типа землепользования накопленный Сорг. может легко опять очутиться в атмосфере.

§ Для человечества остается одно – направить усилия на разработку адаптационных механизмов (мероприятий) к меняющимся условиям окружающей среды (разработка технологий защиты от экстремальных погодных явлений, технологии быстрой ликвидации лесных пожаров, эффективные технологии защиты от наводнений и др. ). § Во благо развития сельского и лесного хозяйства максимально использовать преимущества удобрительного эффекта повышенной концентрации СО 2 в атмосфере. § Для России весьма актуальным является подготовка к возможному отступлению вечной мерзлоты и, соответственно, решение проблем безопасного строительства в районах крайнего Севера и распространения вечной мерзлоты.

16 февраля 2005 г. вступил в силу Киотский протокол, по которому предусмотрено сокращение эмиссии парниковых газов.

• 1992 г. в Рио-де Жанейро принята рамочная конвенция ООН об изменении климата, далее к ней разработан и подписан Киотский протокол (1997)

Альтернатива Киото • Летом 2005 г. США, Китай, Австралия, Индия, Южная Корея и др. страны региона подписали соглашение «Азиатско. Тихоокеанское партнерство по экологическому развитию и климату»

Конвенция прямо увязывает изменения климата с развитием Цель Рамочной Конвенции по изменению климата достичь стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере на достаточно низком в сроки уровне, достаточные позволяющем не для того, допустить чтобы “опасного антропогенного вмешательства” в климатическую систему • экосистемы могли адаптироваться естественным образом к изменениям климата; • производство продовольствия не было поставлено под угрозу, и • экономическое развитие продолжалось устойчивыми темпами РКИК ООН подписана 192 Сторонами – глобальный охват 43

существует несколько главных позиций Соединенные Штаты • Изменение климата – проблема долгосрочная • Акцент на технологиях дающих сокращения в течение 20 -30 лет, а не обязательных для выполнения целевых показателях и сроках Азиатско- Тихоокеанское партнерство (2006 г. ) Европейский Союз • Изменение климата - насущный вопрос • Шанс избежать опасного вмешательства может быть упущен в ближайшие 10 -20 лет • Необходимы обязательные целевые показатели и сроки Развивающиеся страны (Г 77) • Изменение климата- насущный вопрос • Развитые страны несут ответственность и должны действовать первыми • Приоритет - развитие, борьба с нищетой • Нужны дружественные климату технологии США, Австралия, Индия, Япония, Китай, Южная Корея 44

декабрь 2015 г. Парижское соглашение Представители 196 сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата (195 стран и Евросоюза) заключили соглашение ООН, которое определит после 2020 года объемы выбросов парниковых газов и меры по предотвращению изменения климата. Соглашение , которое для вступления в силу должно быть еще ратифицировано странами, не предполагает отказ от ископаемого топлива, общемировые выбросы двуокиси углерода (CO 2) не ограничиваются. Однако все без исключения страны должны принять свои национальные цели по снижению выбросов, технологическому перевооружению и адаптации к климатическим изменениям.

дата страна сокращение парниковых газов сократить на 50 % выбросы парниковых газов в период с 1990 по 2030, 30 % из которых на своей территории и 20 % при участии в проектах за границей. 27 февраля 2015 Швейцария 28 стран Евросоюза (10 % сократить на 40 % выбросы парниковых газов до 2030 года по выбросов на сравнению с показателями 1990. Основная цель в долгосрочной 6 марта 2015 перспективе — сократить выбросы на 80 -95 % к 2050 планете) 27 марта 2015 Норвегия 30 марта 2015 Мексика 31 марта 2015 Россия 31 марта 2015 США 18 мая 2015 Канада 30 июня 2015 Китай 17 июля 2015 Япония сократить как минимум на 40 % выбросы парниковых газов к 2030. на 22 % сократить выбросы парниковых газов к 2030 (после спрогнозированного на 2026 год пика) по сравнению с 2013. Благодаря финансовой поддержке и развитию технологий выбросы могут сократиться на 36 %. сократить выбросы парниковых газов с 25 % до 20 % к 2030 по сравнению с 1990. В данном вопросе Россия рассчитывает на свои лесные ресурсы, которые составляют 20 % (www. fao. org/forestry/FRA 2015/dataset) мирового леса. обязались сократить свои выбросы на 26 -28 % к 2025 (по сравнению с 2005). зафиксировала цель по снижению выбросов на 30 % к 2030 по сравнению с 2005 достичь пика выбросов CO 2 к 2030; сократить на 60 -65 % выбросы углекислого газа на единицу ВВП по сравнению с 2005, учитывая, что выбросы уже сократились на 33, 8 % в 2014 по сравнению с 2005 ; увеличить использование возобновляемых источников энергии, а также ядерной энергии с тем, чтобы использование первичной энергии п 20 % к 2030 (для примера 11, 2 % в 2014). к 2030 обязуется сократить выбросы парниковых газов на 25, 4 % по сравнению с 2005 (26 % по сравнению с 2013). Эта цифра к 2030 составит около 1, 04 миллиарда тонн эквивалентов углекислого газа.