Климатические механизмы

Физические механизмы, из-за которых парниковые газы нагревают планету, широко известные как парниковый эффект, хорошо изучены и были научно продемонстрированы, начиная с середины 1800-х годов (Тиндал, 1861). Около 30% солнечной энергии, направляемой на Землю, отражается обратно в космос облаками, пылью и дымкой (Ramanathan and Feng 2009). Остальные 70% поглощаются атмосферой и поверхностью Земли. Нагретая поверхность Земли выделяет часть поглощенной энергии в виде инфракрасного излучения, формы света, невидимой для человеческого глаза.Парниковые газы в атмосфере, включая двуокись углерода (CO₂), метан (CH₄), закись азота ( N₂O) и водяной пар поглощают это инфракрасное излучение и не дают ему уйти в космос. Затем эта энергия переизлучается во всех направлениях, и энергия, направленная обратно к Земле, нагревает планету.

Рисунок 4 -Идеализированная модель парникового эффекта. Источник: МГЭИК, 2007 г., глава 1.

Влияние человека на парниковые газы

Парниковый эффект является естественным процессом, и без парниковых газов в атмосфере Земли средняя температура на поверхности Земли была бы около нуля градусов по Фаренгейту (IPCC 2007 Ch.1). Однако деятельность человека привела непосредственно к увеличению концентрации парниковых газов и, следовательно, к усилению парникового эффекта, вызывающего потепление на поверхности Земли.

В Четвертом оценочном отчете Межправительственной группы экспертов Организации Объединенных Наций по изменению климата (МГЭИК) 2007 года (ДО4) подчеркивается четкая связь между антропогенными выбросами парниковых газов и наблюдаемыми изменениями климата. Самая последняя оценка МГЭИК (ДО5) представляет собой наиболее содержательную оценку изменения климата на сегодняшний день и еще больше укрепляет эту связь, отмечая, что «человеческое влияние было обнаружено в потеплении атмосферы и океана, в изменениях глобального водного цикла, в уменьшении количества снега и льда, в глобальном среднем повышении уровня моря и в изменениях некоторых экстремальных климатических явлений. Это свидетельство антропогенного влияния увеличилось после ДО4. Крайне вероятно [95-100% уверенность], что человеческое влияние было доминирующим причиной наблюдаемого потепления с середины 20-го века». (МГЭИК, 2013 г., Резюме для политиков). Независимые исследования с использованием различных методов убедительно подтверждают этот вывод (например, Lean, 2010 г., Huber and Knutti, 2011 г.). Исследования и моделирование многих возможных объяснений глобального потепления показывают, что мы можем повышение температуры за последние 120 лет, если учесть влияние человека (рис. 5).

Рисунок 5 — Вклад в среднемесячные глобальные приземные температуры отдельных ЭНСО [Эль-Ниньо], вулканических, солнечных и антропогенных воздействий. Источник: Бережливое производство, 2010 г.

Человеческая деятельность оказала наиболее заметное влияние на концентрацию двуокиси углерода, которая, как отмечалось ранее, резко увеличилась (рис. 2), в основном за счет сжигания ископаемого топлива, производства цемента и вырубки лесов. Метан, еще один мощный парниковый газ, выделяется в результате таких процессов, как разложение на водно-болотных угодьях, а также в результате таких действий, как рисоводство и животноводство, а также сжигание биомассы. Антропогенные источники метана оцениваются в 50-65% от общих глобальных выбросов метана в 2000-х годах (IPCC 2013 Ch.6). Количество закиси азота увеличивается отчасти из-за внесения удобрений в сельское хозяйство и сжигания ископаемого топлива; другие газы, выбрасываемые в результате промышленных процессов, такие как галоидоуглеводороды, также играют роль в потеплении (рис. 5). Многие из этих парниковых газов, вероятно, будут находиться в атмосфере от десятилетий до столетий (CDIAC 2014). Наиболее распространенным парниковым газом является водяной пар, но водяной пар недолговечен в атмосфере (порядка дней) и зависит от температуры. Таким образом, деятельность человека не оказывает прямого влияния на водяной пар, хотя антропогенное потепление может увеличить концентрацию водяного пара и усилить эффект потепления (Held and Soden 2000).

Рисунок 6 — Величина влияния потепления (красные столбцы) или влияния охлаждения (синие столбцы), которое различные факторы оказали на климат Земли в индустриальную эпоху (с 1750 по 2011 год). Более длинная полоса означает большее влияние. Источник: МГЭИК, 2013 г., глава 8.

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.