Атмосфера. Парниковый эффект. Динамика климата Средняя

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

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).

Возраст (млн. лет) 4200 -2500 2500 -570 570 -510 510 - 440 -410 410 - 360 - 290 - 250 - 200 -145 145 -65 65 -23 17 23 -5, 3 Эволюция атмосферного СО 2 в геологической истории 5, 3 -0

18

Климатическая система Атмосфера Океан высокая теплоемкость, облачность, СО 2, ТАП низкое альбедо, течения Оледенение ледниковые покровы, снег, морские льды Земная кора Биосфера альбедо, вулканизм, масса живого вещества 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 Конец 2010: 389. 6 ppm Среднегодовая скорость роста (ppm г-1) 2010 2. 36 2009 1. 63 Скорость роста концентрации 2008 1. 81 (среднее по десятилетиям) 2007 2. 11 2006 1. 83 1970 – 1979: 1. 3 ppm 2005 2. 39 г-1 1980 – 1989: 1. 6 2004 1. 58 2003 2. 20 ppm г-1 2002 2. 40 1990 – 1999: 1. 5 ppm 2001 1. 89 2000 1. 22 г-1 2000 – 2010: 1. 9 Data Source: Thomas Conway, 2011, NOAA/ESRL + Scripts Institution

Судьба эмитированного CO 2 (2010) 9. 1± 0. 5 Гт C г-1 5. 0± 0. 2 Гт C г-1 50% 2. 6± 1. 0 Гт C г-1 0. 9± 0. 7 Гт C г-1 + NPP 26% 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 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) 2010 рост 2500000 к 2009 КНР 2. 24 Гт г 10. 4% 2000000 1. 44 Гт Эмиссия С-СО 2 1500000 4. 1% США Гт/год 1000000 Индия 0. 56 Гт РФ 0. 46 Гт 9. 4% 500 5. 8% 500000 6. 8% Япония 0. 31 Гт 0 1990 2000 2010 199019911992199319941995199619971998199920002001200220032004200520062007200820092010 Годы Global Carbon Project 2011; Peters et al. 2011, Nature CC; Data: Boden, Marland, Andres-CDIAC 2011

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

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

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

Соотношение почвенной и антропогенной эмиссии СО 2 (2008 г. ) Из почв Антропогенная Регион %к Гт/год почвенной эмиссии Мир 60 ± 10 9. 9 16. 5 Россия 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 • экосистемы могли достичь стабилизации адаптироваться концентрации парниковых естественным образом газов в атмосфере к изменениям климата; на достаточно низком уровне, в сроки достаточные • производство позволяющем не продовольствия для того, допустить чтобы не было поставлено “опасного под угрозу, и антропогенного вмешательства” в • экономическое климатическую систему развитие продолжалось устойчивыми темпами РКИК ООН подписана 192 Сторонами – глобальный охват 43

существует несколько главных позиций Соединенные Штаты Европейский Союз • Изменение климата - насущный вопрос • Изменение климата – • Шанс избежать опасного вмешательства проблема долгосрочная может быть упущен в ближайшие 10 -20 лет • Акцент на технологиях • Необходимы обязательные целевые дающих сокращения в показатели и сроки течение 20 -30 лет, а не обязательных для выполнения целевых показателях и сроках Развивающиеся страны (Г 77) • Изменение климата- насущный вопрос • Развитые страны несут ответственность и должны действовать первыми • Приоритет - развитие, борьба с нищетой Азиатско- Тихоокеанское партнерство • Нужны дружественные климату (2006 г. ) 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 27 февраля 2015 Швейцария проектах за границей. 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 планете) перспективе — сократить выбросы на 80 -95 % к 2050 27 марта 2015 Норвегия 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 30 марта 2015 Мексика 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 % 31 марта 2015 Россия (www. fao. org/forestry/FRA 2015/dataset) мирового леса. обязались сократить свои выбросы на 26 -28 % к 2025 (по 31 марта 2015 США сравнению с 2005). зафиксировала цель по снижению выбросов на 30 % к 2030 по 18 мая 2015 Канада 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 30 июня 2015 Китай 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 17 июля 2015 Япония составит около 1, 04 миллиарда тонн эквивалентов углекислого газа.