Наука об изменении климата

Наш климат меняется во многих отношениях. Одним из самых явных признаков является то, что мир нагревается. Ученые знают это благодаря свидетельствам, собранным со спутников, метеозондов, термометров, метеостанций и многого другого. 1 С 1880 года средние глобальные температуры повысились примерно на 1 градус Цельсия (1,7° по Фаренгейту). Прогнозируется, что глобальная температура повысится примерно на 1,5 градуса Цельсия (2,7 градуса по Фаренгейту) к 2050 году и на 2-4 градуса Цельсия (3,6-7,2 градуса по Фаренгейту) к 2100 году2.

По данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), среднегодовые глобальные температуры неуклонно растут с 1960-х годов. На рис. 1 показаны отклонения от средней глобальной температуры, изображенные горизонтальной линией на уровне 0,00 градусов Цельсия. Каждая синяя полоса — это год, который был холоднее средней температуры 20-го века. Красные полосы — это годы, которые были теплее, чем в среднем за 20 век. Девятнадцать из 20 самых теплых лет произошли с 2001 года. Вполне вероятно, что самый холодный год в будущем будет теплее, чем самый теплый год, который мы пережили в 20 веке.

Чтобы определить изменения температуры и осадков в Висконсине, ученые из Университета Висконсин-Мэдисон проанализировали записи температуры из сети штата, составленной Национальным центром климатических данных. Этот набор данных показывает, что с 1950-х годов Висконсин стал на 2 градуса по Фаренгейту теплее и на 4,5 дюйма (14 процентов) влажнее, при этом наибольшее потепление произошло зимой, а количество осадков увеличилось летом (рис. 2).

Уровень углекислого газа в атмосфере растет

Записи ежедневных атмосферных выбросов углекислого газа (CO2), инициированные Dr.Чарльз Дэвид Килинг из Океанографического института Скриппса, помогите рассказать историю повышения уровня CO2. Килингу было любопытно, повлияет ли увеличение количества сжигаемого ископаемого топлива на уровень CO2 в атмосфере. Так, в 1958 году он начал записывать ежедневные уровни CO2 в атмосфере в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях. Мауна-Лоа был выбран в качестве места для долгосрочного мониторинга, поскольку он находился далеко от других континентов и растительности, которые могли повлиять на концентрацию CO2. Ежедневные записи считаются одним из величайших научных достижений в мире.

Измерения Килинга выявили годовой планетарный цикл CO2, при котором уровень CO2 повышается и понижается в зависимости от сезона (рис. 3). Этот цикл связан с фотосинтезом. Весной, когда растения растут, они поглощают углекислый газ из воздуха и, используя энергию солнечного света, превращают его в углерод и выделяют кислород. Осенью, когда растения умирают, они выделяют CO2, и глобальные показатели CO2 растут.

В дополнение к сезонному циклу Килинг также зафиксировал увеличение концентрации CO2 с течением времени с 313 частей на миллион (ppm) в 1958 году до 415 частей на миллион по состоянию на 30 марта 2020 года. Это повышение концентрации CO2, известное как кривая Килинга, изменили представление ученых об источнике CO2

Увеличение количества углекислого газа связано с деятельностью человека

Ученые понимают источник CO2 в атмосфере на основании нескольких данных, в том числе измерений антарктических ледяных кернов, которые насчитывают 800 000 лет. Антарктические ледяные керны содержат историю нашей атмосферы в пузырьках воздуха, которые были пойманы в ловушку сотни тысяч лет назад, когда впервые образовался лед. Ученые могут анализировать эти пузырьки, чтобы определить, как уровни CO2 изменились с течением времени. 3 Керны показывают, что в течение последних 800 000 лет, примерно до 1900 года, уровень CO2 был относительно стабильным, колеблясь от 150 до 280 частей на миллион. В начале 1900-х годов выбросы CO2 начали расти беспрецедентными темпами.Сегодня, всего 120 лет спустя, уровень CO2 на 40% выше, чем до промышленной революции (рис. 4).

Выбросы CO2 составляют подавляющее большинство парниковых газов (ПГ), согревающих планету. Программа управления атмосферным воздухом Департамента природных ресурсов штата Висконсин подготовила Отчет об инвентаризации выбросов парниковых газов (ПГ) в штате Висконсин за 2021 год (AM-610), в котором определены выбросы CO2 и других ПГ в Висконсине за 2005 и 2018 годы, а также описаны тенденции выбросов с 1990 по 2018 год. Авторы отчета использовали инструмент государственной инвентаризации Агентства по охране окружающей среды США, заполненный данными по умолчанию.

Уменьшение масштаба данных для прогнозирования будущих тенденций: что означает изменение климата для Висконсина

Исследования, проведенные Висконсинской инициативой по воздействию изменения климата (WICCI) в сотрудничестве с более чем 200 учеными и практиками, предоставляют полезную информацию о последствиях изменения климата, адаптивных стратегиях и решениях как для хранения углерода, так и для сокращения выбросов углерода. Институт экологических исследований Нельсона Университета Висконсин-Мэдисон и Департамент природных ресурсов штата Висконсин возглавляют WICCI.

Ученые-климатологи WICCI смогли спрогнозировать локальную температуру и характер осадков для Висконсина. Ученые взяли глобальные климатические модели, которые имитируют изменения климата в большом масштабе (обычно 100-200 миль), и уменьшили их масштаб примерно до шести миль. Модели уменьшенного масштаба позволили ученым прогнозировать более реалистичные локальные изменения температуры и осадков, а также изменения экстремальных погодных явлений. Ученые WICCI продолжают работать с людьми по всему штату, чтобы точно настроить эти модели и предоставить прогнозы для других климатических факторов, которые важны для воздействия на Висконсин.

Температура

Висконсин, вероятно, станет гораздо более теплым штатом в течение следующих нескольких десятилетий, а средние температуры будут ближе к южному Иллинойсу или Миссури.Результаты показывают, что с 1950 года Висконсин нагрелся на 2–3 градуса по Фаренгейту, и, по прогнозам, к 2050 году в штате потеплеет еще на 2–8 градусов (рис. 5). Мы также, вероятно, увидим утроение частоты экстремальной жары (дней с температурой выше 90 градусов по Фаренгейту), увеличившись с примерно 10 дней в году в 2020 году до примерно 30 дней в году к 2050 году (рис. 6).

Изменились и сезонные температуры. Весенние температуры повысились на 1,7 градуса по Фаренгейту с наступлением весны (определяемой как дата, когда дневная температура достигает 50 градусов по Фаренгейту в течение 10 дней подряд) на 3-10 дней раньше, чем в 1950 году. Зимы в Висконсине становятся менее холодными и потеплело больше, чем в любой другой сезон за последние десятилетия, особенно в северо-западной части штата, где средняя температура повысилась на целых 4,5 градуса по Фаренгейту. Ожидается, что к 2050 году зимние температуры продолжат повышаться на 5-11 градусов по Фаренгейту, а это означает, что зимы будут мягче, примерно на один месяц короче, чем сегодня, и будет выпадать примерно на 14 дюймов меньше снега.

Осадки

Висконсин стал на 10-20 процентов более влажным с 1950 года. Однако это увеличение географически распределено неравномерно. В южном и центральном Висконсине выпало примерно на 20% больше осадков, чем в среднем за год, в то время как в северном Висконсине годовое количество осадков не претерпело значительных изменений (рис. 7). Хотя прогнозы осадков менее точны, чем прогнозы температуры, ученые сообщают, что среднегодовые осадки, вероятно, увеличатся к 2050 году, особенно осенью, зимой и весной. Кроме того, зимой мы, вероятно, увидим больше осадков в виде дождя, а не снега.

Помимо отслеживания среднего количества осадков, ученые WICCI прогнозируют частоту и интенсивность штормов. Экстремальные осадки имели разрушительные последствия в Висконсине, и их число увеличивается по всему штату.В районе Великих озер количество осадков во время 1 процента самых сильных дождей увеличилось на 31 процент в период с 1958 по 2007 год 4. Эти виды экстремальных явлений, вероятно, станут более частыми и более серьезными по мере изменения нашего климата. Прогнозы WICCI предполагают 30-процентное увеличение частоты 2-дюймовых осадков и почти удвоение 5-дюймовых осадков (рис. 8).

Воздействие на здоровье и устойчивость сообщества

Министерство здравоохранения и социальных служб США считает изменение климата, такое как повышение температуры, влажности, осадков и экстремальных погодных условий, одной из главных угроз для здоровья населения нашего времени. Экстремальная жара убивает больше людей в США, чем любое другое стихийное бедствие, связанное с погодой, и может непропорционально сильно повлиять на уязвимые группы населения, такие как пожилые, социально изолированные люди и люди с хроническими заболеваниями, такими как сердечно-сосудистые заболевания. 5,6

Проливные дожди и наводнения могут привести к перегрузке канализационных и ливневых систем и увеличению стока загрязненных вод в озера и ручьи. Изменения температуры и осадков могут также воздействовать на насекомых-переносчиков болезней, таких как клещи и комары. Зарегистрированная в Висконсине заболеваемость болезнью Лайма, болезнью, передающейся клещами, является одной из самых высоких в стране. Уровень заболеваемости удвоился за последнее десятилетие. 7

Многие исследования показали, что негативные последствия изменения климата для здоровья распределяются неравномерно. Структурный расизм исторически был важным фактором в определении того, на какие сообщества наиболее негативно влияют проблемы со здоровьем окружающей среды, включая изменение климата. Например, цветные люди и малообеспеченные слои населения чаще подвергаются загрязнению воздуха и экстремальной жаре. Загрязнение воздуха в сочетании с сильной жарой, вызванной изменением климата, способствует непропорционально высокому уровню заболеваемости астмой среди цветных людей и малообеспеченных слоев населения.

В исследовании 108 U.S.В городах исследователи обнаружили, что, когда волна тепла воздействует на город, в более бедных районах жарче в среднем на 5 градусов, а в некоторых районах жарче почти на 13 градусов 8 . В городских районах с низким доходом обычно больше мощеных поверхностей и меньше тенистых деревьев, парков и зеленых насаждений, а у жителей обычно меньше доступа к кондиционерам, что увеличивает риск теплового удара. Исследование 115 городов, проведенное в 2020 году Университетом Висконсин-Мэдисон и Медицинским колледжем Висконсина, показало более низкую крону деревьев и более высокий уровень загрязнения воздуха в самых бедных районах. 9