Естественные климатические циклы

Климат меняется без влияния человека, и это естественное изменение является фоном для антропогенного изменения климата, происходящего сейчас. Эти закономерности содержат важные уроки для понимания масштабов и масштабов текущих и будущих изменений климата.

Циклические изменения климата Земли происходят в различных временных масштабах, от лет до десятилетий, столетий и тысячелетий. Циклы в каждом масштабе вызываются различными физическими механизмами. Климат в течение любого данного периода является выражением всех этих взаимосвязанных механизмов и циклов, работающих вместе.

Тысячелетние климатические циклы

Основные ледниковые (холодные) и межледниковые (теплые) периоды инициируются изменениями орбиты Земли вокруг Солнца, называемыми циклами Миланковича. Эти циклы происходили с разной интенсивностью в многотысячелетних временных масштабах (периоды 10 000–100 000 лет). Изменения орбиты происходят медленно с течением времени, влияя на то, где солнечная радиация поступает на поверхность Земли в разные времена года (NASA 2000).

Сами по себе эти изменения в распределении солнечной радиации недостаточно сильны, чтобы вызвать большие изменения температуры. Однако они могут инициировать мощные механизмы обратной связи, которые усиливают небольшой согревающий или охлаждающий эффект, вызванный циклом Миланковича. Одна из этих обратных связей вызвана изменениями глобальной отражательной способности поверхности (также называемой альбедо). Даже небольшое увеличение солнечной радиации в северных широтах может усилить таяние льда. В результате потери льда меньше солнечного света отражается от ярко-белой поверхности льда и больше поглощается Землей, увеличивая общее потепление. Второй механизм обратной связи включает концентрацию парниковых газов в атмосфере, таких как двуокись углерода. Небольшое потепление, вызванное изменением орбиты Земли, нагревает океаны, что позволяет им выделять углекислый газ. Как мы видели, большее количество углекислого газа в атмосфере вызывает большее потепление, создавая эффект усиления (Hansen 2003). Четкие обратные связи в концентрациях CO 2 в атмосфере могут отставать от потепления или похолодания, вызванного орбитальными изменениями, на целых 1000 лет.

Таким образом, то, что начинается с довольно незначительных изменений орбиты, может привести к ледниковым и межледниковым циклам последних 800 000 лет.Основное беспокойство в связи с нынешним изменением климата заключается в том, что аналогичные механизмы обратной связи вызовут в наше время «неуправляемый» эффект потепления, который будет чрезвычайно трудно остановить или обратить вспять.

Климатические циклы в масштабе века

В дополнение к многотысячелетним ледниковым и межледниковым циклам существуют более короткие циклы холода-тепла, которые происходят в масштабах времени примерно от 200 до 1500 лет. Механизмы, вызывающие эти циклы, до конца не изучены, но считается, что они вызваны изменениями на солнце, а также некоторыми соответствующими изменениями, такими как модели циркуляции океана (Бонд и др., 2001 г., Ваннер и др., 2008 г.). Средневековый теплый период (900-1300 гг. н.э.) и Малый ледниковый период (1450-1900 гг. н.э.) являются примерами теплых и холодных фаз в одном из этих циклов. Некоторые из этих циклов, такие как Средневековый теплый период, могут быть региональными и не обязательно отражать большие изменения глобальных средних значений. Понимание и реконструкция региональных закономерностей изменения климата в каждый из этих периодов считается очень важным для точного анализа будущих региональных воздействий, таких как характер засухи (Mann et al. 2009).

Межгодовые и десятилетние климатические циклы

Взаимодействия океана и атмосферы регулярно вызывают климатические циклы порядка лет или десятилетий. Одним из наиболее известных циклов является Эль-Ниньо-Южное колебание (ЭНСО), взаимодействие между температурой океана и атмосферными режимами (широко известное как Эль-Ниньо или его противоположный эффект, Ла-Нинья). Явления ENSO происходят каждые 3-7 лет и приносят разные погодные условия в разные части мира (NASA 2009). Например, в США явления Эль-Ниньо могут привести к потоку теплого сухого воздуха на северо-запад, но количество осадков выше среднего на юго-востоке (NASA 2009).

Описаны многие другие циклические изменения, вызванные океаническими и/или атмосферными процессами, такие как Тихоокеанское десятилетнее колебание (ТДО), которое происходит с циклами в 25-45 лет (Мантуа и др.1997) и Атлантическое многодесятилетнее колебание (АМО), происходящее примерно с 65-85-летними циклами (Deser et al. 2010). Ученые изучают, как каждый из этих повторяющихся циклов может взаимодействовать с усилением парникового эффекта. Имеются некоторые свидетельства того, что глобальное потепление может усиливать явления ЭНЮК (Li et al. 2013).

Подразумеваемое

Для получения дополнительной информации о естественных климатических циклах и их последствиях см. презентацию палеоэколога Конни Миллар.

Естественные климатические циклы могут помочь понять, какие климатические модели ожидаются, и как недавнее увеличение выбросов парниковых газов вызывает отклонения от этих ожидаемых моделей. Они могут дать представление об усиливающихся эффектах, которые могут усилить потепление по мере роста концентрации парниковых газов (Wolff 2011). Они также могут дать представление о региональных последствиях изменения климата, что будет очень важно для разработки стратегий адаптации для людей и экологических сообществ. Однако важно признать, что нынешние темпы глобального изменения климата чрезвычайно высоки по сравнению с прошлыми изменениями (МГЭИК, 2013 г., гл. 5) и могут привести к непредвиденным условиям.

нужно больше информации?

Дополнительные вводные сведения об изменении климата см. в следующих учебниках и ресурсах.

Ресурсный центр по изменению климата:
Часто задаваемые вопросы

Программа исследования глобальных изменений США:
Третья национальная оценка климата

Глобальное изменение климата НАСА
Изменение климата: откуда мы знаем?

Центр климатических и энергетических решений:
Изменение климата — основы

Кооперативный институт исследований в области наук об окружающей среде:
Чтение отчета МГЭИК — серия записанных семинаров

использованная литература

Андерсон А.; Bows, A. 2011. Помимо «опасного» изменения климата: сценарии выбросов для нового мира. Философские труды Королевского общества. 369: 20-44.

Бонд, Г.; Кромер, Б.; Бир, Дж.; Мюшелер, Р.; Эванс, М.; Души, В .; Хоффманн, С .; Лотти-Бонд, Р.; Хайдас, И.; Бонани, Г. 2001.Постоянное солнечное влияние на климат Северной Атлантики в голоцене. Наука. 294: 2130-2136.

Информационно-аналитический центр углекислого газа (CDIAC). 2014. Последние концентрации парниковых газов. (По состоянию на 31 октября 2014 г.)

Дезер, К.; Александр, Массачусетс; Се, С.П.; Филлипс, А.С. 2010. Изменчивость температуры поверхности моря: закономерности и механизмы. Ежегодный обзор морской науки. 2: 115-143.

Глобальный углеродный проект. 2014. Углеродный бюджет и тенденции, 2014 г. (по состоянию на 20 октября 2014 г.)

МГЭИК, 2007 г.: Изменение климата, 2007 г.: Основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Четвертый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Соломон, С.; Цинь, Д .; Мэннинг, М.; Чен, З .; Маркиз, М .; Аверит, К.Б.; Тигнор, М .; Миллер, HL (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

МГЭИК, 2011 г.: Резюме для политиков. В: Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Специальный отчет об управлении рисками экстремальных явлений и бедствий для содействия адаптации к изменению климата [Field, CB; Баррос, В.; Стокер, Т.Ф.; Цинь, Д .; Доккен, Д .; Эби, К.Л.; Мастрандреа, доктор медицины; Мах, К.Дж.; Платтнер, Г.К.; Аллен, С.; Тигнор, М .; Мидгли, П. М. (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

МГЭИК, 2013 г.: Изменение климата, 2013 г.: Основы физических наук. Вклад Рабочей группы I в Пятый оценочный отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата [Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тигнор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.)]. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США.

Lean, J. 2010. Циклы и тенденции солнечной радиации и климата. Междисциплинарные обзоры Wiley: изменение климата. 1: 111-122.

Ли, Дж.; Се, С.-П.; Кук, ER; Моралес, М.; Кристи, Д.; Джонсон, Н.; Чен, Ф .; Д'Арриго, Р .; Фаулер, А .; Гоу, X .; Фанг, К. 2013. Модуляции Эль-Ниньо за последние семь веков. Изменение климата природы. 3:822-826.

Манн, Мэн; Чжан, З .; Резерфорд, С.; Брэдли, RS; Хьюз, М.К.; Шинделл, Д.; Амманн, К.; Фалувеги, Г.; Ни, Ф. 2009. Глобальные признаки и динамическое происхождение Малого ледникового периода и средневековой климатической аномалии. Наука. 27 (326): 1256-1260.

Мантуя, Нью-Джерси; Заяц, С. Р.; Чжан, Ю .; Уоллес, JM; Фрэнсис, Р.К. 1997. Междесятилетние колебания климата в Тихом океане, влияющие на продуктивность лосося. Бюллетень Американского метеорологического общества 78:1069-1079.

Глобальное изменение климата НАСА. 2014. Жизненные признаки планеты. (По состоянию на 31 октября 2014 г.).

Годдардовский институт космических исследований НАСА. 2014. НАСА обнаружило устойчивую долгосрочную тенденцию к потеплению климата в 2013 году. Новости исследований. (По состоянию на 31 октября 2014 г.).

Земная обсерватория НАСА. 2000. Особенности: Милютин Миланкович. (По состоянию на 31 октября 2014 г.).

Земная обсерватория НАСА. 2009. Особенности: Эль-Ниньо, Ла-Нинья и Осадки. (По состоянию на 31 октября 2014 г.).

Лаборатория исследования системы Земли NOAA. 2014. Обсерватория Мауна-Лоа. (По состоянию на 31 октября 2014 г.)

Tyndal J. 1861. О поглощении и излучении тепла газами и парами и о физической связи излучения, поглощения и проводимости. Философский журнал. 22:169-94, 273-85

Программа исследования глобальных изменений США (USGCRP). 2009. Воздействие глобального изменения климата в США. Карл, TR; Мелилло, Дж. М.; Петерсон, Т.С. (ред.). Издательство Кембриджского университета.

Программа исследования глобальных изменений США. 2014. Третья национальная оценка климата. Мелилло, Дж. М.; Ричмонд, TC; Йохе, Г.В. (ред.). 841 с.

Ваннер, Х .; Бир, Дж.; Бутикофер, Дж.; Кроули, Т.Дж.; Кубаш, У.; Флакигер, Дж.; Гусс, Х .; Грожан, М .; Джус, Ф .; Каплан, Дж. О.; Куттель, М.; Мюллер, С.А.; Прентис, К.; Соломина О.; Стокер, Т.Ф.; Тарасов П.; Вагнер, М.; Видманн, М. 2008. Изменение климата в среднем и позднем голоцене: обзор. Четвертичные научные обзоры. 27: 1791-1828.

Вольф, Э. У. 2011. Парниковые газы в системе Земля: палеоклиматическая перспектива. Философские труды Королевского общества. 369: 2133-2147.