Почему температуры могут побить рекорды в ближайшие месяцы

Колебания температуры у поверхности земли (разница июня 2023 г. со средним значением за предыдущие 15 лет). Предоставлено автором

Известное изречение климатологов гласит: «Климат — это то, что вы ожидаете, погода — это то, что вы получаете».

Локальные метеорологические явления трудно предсказать, поскольку они быстро колеблются под влиянием нелинейных и хаотических процессов, тогда как эволюция глобального климата в долгосрочной перспективе основана на хорошо известных физических явлениях, которые в целом предсказуемы. Следующие 12-18 месяцев должны быть весьма исключительными с точки зрения температур, после сочетания локальных и глобальных явлений.

Вместе со своей командой, специализирующейся на спутниковых исследованиях эволюции атмосферы, я ежедневно анализирую миллионы данных, получаемых с неба, для мониторинга температуры на суше и на море по всему миру и для измерения концентрации присутствующих в атмосфере  газов. В последние недели по спутниковым картам мы также смогли наблюдать рекорды жары, которые были побиты во многих странах, о чем сообщают метеорологические агентства и СМИ.

Один важный показатель попал в заголовки: это повышение средней глобальной температуры на 1,5°C по сравнению с доиндустриальными временами. Эталонное значение в Парижском соглашении по климату, которое этим летом было превышено на несколько дней. Возможно ли, что это значение будет превышено и при расчете среднегодовых глобальных температур за 2023 год?

Природные и антропогенные воздействия

Чтобы понять эволюцию температур, мы должны принять во внимание тот факт, что наш климат сложен: он зависит от взаимодействия между деятельностью человека, атмосферой, поверхностью земли и растительностью, снегом и льдом и океанами. Климатическая система развивается под влиянием собственной внутренней динамики, но также зависит от внешних факторов, которые называются «радиационными воздействиями» и выражаются в ваттах на квадратный метр (Вт/м2).

Термин «воздействие» используется для обозначения того, что радиационный баланс Земли дестабилизирован, а радиационный термин применяется, поскольку эти факторы изменяют баланс между поступающим солнечным излучением и исходящим инфракрасным излучением из атмосферы. Этот радиационный баланс контролирует температуру на разных высотах. Положительное воздействие подразумевает повышение температуры на поверхности Земли, и, наоборот, отрицательное воздействие подразумевает уменьшение.

Четыре типа радиационного воздействия, которые необходимо учитывать для объяснения изменений климата. Предоставлено автором.

Внешние воздействия вызываются как природными явлениями, такими как извержения вулканов и колебания солнечной радиации, так и антропогенными изменениями в составе атмосферы (парниковыми газами и частицами, связанными с деятельностью человека). Понимание изменений климата, наблюдаемых за последние тридцать лет, предполагает способность отличать изменения, связанные с деятельностью человека, от изменений, связанных с естественными вариациями климата. Основными факторами, которые будут вмешиваться и суммироваться, являются:

• Воздействие связанное с колебаниями солнечной активности, вызывающими изменения солнечной радиации, достигающей Земли. Когда Солнце более активно (солнечный максимум), оно излучает больше радиации. Это воздействие невелико (от + до -0,3 Вт/м2), но сохраняется достаточно долго. Его основной цикл составляет около 11 лет. Он возникает из-за изменений в солнечном магнитном поле, которые характеризуются вариациями числа солнечных пятен и другими солнечными явлениями.
• Воздействие связанное с вулканическими извержениями, которые могут быть очень интенсивными и, как правило, отрицательными от -1 до -5 Вт/м2, но кратковременными (от одного до двух лет). Извержения вулканов могут оказывать значительное влияние на климат из-за выброса в атмосферу большого количества пепла, газов и частиц. Не все вулканы влияют на глобальный климат, это зависит от размера и мощности извержения, высоты/широты выброса газов и пепла, местных погодных условий. Изучение прошлых вулканических извержений показало нам, что наиболее значительное воздействие связано с извержениями вблизи экватора, которые выбрасывают SO2 высоко в атмосферу, например гора Пинатубо (Филиппины) в 1991 году. Этот газ превращается в капли серной кислоты (H2SO4). ), которые образуют экран для солнечного излучения, проходящего через атмосферу.
• Воздействие избытка парниковых газов, в частности двуокиси углерода (CO2), метана (CH4), закиси азота (N2O) и хлорфторуглеродов (CFC), которые прозрачны для солнечного света, но поглощают часть теплового излучения, испускаемого земной поверхностью. Со временем деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов и сельское хозяйство, привела к значительному увеличению концентрации парниковых газов в атмосфере. Накопление этих парниковых газов, которые поглощают больше теплового излучения, испускаемого Землей, и удерживают больше тепла в атмосфере, приводит к положительному радиационному воздействию, оцениваемому в +3 Вт/м2. Следовательно, это наиболее важное воздействие, потому что оно не является преходящим, как то, что связано с вулканами.
• Негативное воздействие связанное с аэрозолями антропогенного и природного происхождения. Аэрозоли представляют собой взвешенные в атмосфере мелкие частицы, которые поглощают, рассеивают или отражают солнечный свет. Они поступают из экосистем (морские брызги, песок, пыль, вулканический пепел, биогенные аэрозоли) и в результате деятельности человека, такой как сжигание ископаемого топлива, сжигание биомассы и лесные пожары, животноводство и использование удобрений. Все эти частицы экранируют инсоляцию, но на этот раз в нижних слоях атмосферы. Хотя неопределенности в отношении общего радиационного воздействия из-за присутствия аэрозолей остаются высокими, текущие оценки указывают на отрицательное общее радиационное воздействие, равное -0,5 Вт/м2. Таким образом, без аэрозольного загрязнения Земля была бы еще горячее, чем сейчас!

Влияние Эль-Ниньо на температуру

В дополнение к радиационным воздействиям необходимо учитывать естественную изменчивость сопряженной системы океан-атмосфера и, в частности, явление ЭНЮК (Эль-Ниньо, Южное колебание) с его теплым компонентом Эль-Ниньо и его холодным компонентом Ла-Нинья. Эти явления являются основными факторами вариации от года к году, которые необходимо учитывать при анализе многолетнего тренда потепления поверхности моря.

Эти периодические климатические явления представляют собой природные явления, для которых характерны колебания температуры между океаном и атмосферой в экваториальной части Тихого океана. В основном пассаты дуют с востока на запад вдоль экватора, оттесняя теплые поверхностные воды Тихого океана на запад, где они скапливаются у Индонезии и Австралии. Затем холодная вода поднимается со дна океана в восточной части Тихого океана, заменяя теплую воду, в результате чего на поверхности берегов Южной Америки появляются относительно прохладные воды.

Когда происходит Эль-Ниньо, пассаты ослабевают или меняются местами, уменьшая силу ветра или заставляя его дуть с запада на восток, позволяя теплой воде, скопившейся в западной части Тихого океана, двигаться на восток. Последующее потепление поверхности моря в восточной части Тихого океана вызывает повышение температуры воды на несколько градусов, что оказывает широкомасштабное воздействие на погодные и климатические условия в глобальном масштабе.

Эти явления могут длиться несколько месяцев или несколько лет, а интенсивность их вариабельна. Они нарушают погоду на местном уровне (больше дождей в одних местах, больше засухи в других) и влияют на глобальный климат, особенно во время интенсивных явлений Эль-Ниньо.

Эволюция явлений Эль-Ниньо (красный) и Ла-Нинья (синий), выявленная путем измерения температуры поверхности моря в прямоугольной области, определенной в Тихом океане. Предоставлено автором

Какая температура будет в ближайшие несколько месяцев?

Давайте рассмотрим различные элементы, описанные выше, один за другим, и посмотрим, что происходит в данный момент:

Солнечная активность приближается к своему максимуму, поэтому эффект потепления, вызванный усилением солнечной радиации, проявляется сильнее. Это приводит к небольшому повышению средних температур, оцениваемых в +0,1°С.

С точки зрения вулканической активности произошло совершенно исключительное событие: подводный вулкан Хунга Тонга, который сильно извергся в январе 2022 года, выбросил около 150 миллионов тонн (эквивалент 60 000 олимпийских бассейнов…) водяного пара прямо в стратосферу. который с тех пор распространился по всей земле. Численное моделирование показывает, что это поможет немного нагреть поверхность земли (вода является мощным парниковым газом), хотя пока сложно сказать, насколько сильно и как долго.

Продолжают накапливаться парниковые газы, именно радиационное воздействие преобладает над всеми остальными и уже привело бы к среднему повышению +1,5°С, если бы аэрозоли немного (-0,3°С) не умерили .

В последние годы общее содержание аэрозолей имеет тенденцию к снижению, главным образом потому, что транспортные средства меньше загрязняют окружающую среду (что является хорошей новостью!), особенно это касается Китая, Западной Европы и США. В этом году также меньше переноса песка из Сахары в океан, который обычно экранирует солнечную радиацию, что отчасти объясняет высокие температуры, измеренные в Северной Атлантике в начале лета.

После трех лет режима Ла-Нинья наступает явление Эль-Ниньо. На данном этапе еще неизвестно, будет ли оно интенсивным (как в 2015-2017 гг.) или умеренным и как долго оно продлится, но ожидается, что температура океана в ближайшие 12-18 месяцев будет выше, чем в предыдущие три месяца года.

Все параметры вместе для учета тепла

В заключение можно сказать, что у нас есть все измеряемые разными параметрами предпосылки для того,  чтобы побить температурные рекорды в течение следующих 12-18 месяцев. В результате глобальный средний показатель в 1,5 °C, самый амбициозный предел Парижского соглашения по климату, может быть превышен, не дожидаясь 2030 года, а последствия для природных и антропогенных систем хорошо задокументированы в отчете IPCC Special 2019.

Повышение на 1,5°C не кажется огромным, но мы должны помнить, что 70% нашей планеты покрыто водой, которая имеет большую тепловую инерцию, чем земля, и нагревается медленнее. Кроме того, потепление распределяется неравномерно, и высокие широты нагреваются значительно быстрее, чем тропики, причем над этими регионами ожидаются пики в 4°.

Уверены ли мы в том, что это произойдет? Нет, но вероятность того, что мы превысим порог, который, как мы думали, будет достигнут между 2025 и 2040 годами, высока. Поскольку выбросы парниковых газов не уменьшаются, прогнозируемые тенденции в течении следующих месяцев могут измениться за счет действия природных явлений.

Например, если явление Эль-Ниньо окажется менее мощным, чем ожидалось, или если другой вулкан массово разослал SO2 по всей атмосфере, то только в этом случае температурные рекорды могли быть не побиты прямо сейчас. В долгосрочной перспективе будущее покажет нам, когда естественные колебания будут преобладать над антропогенными факторами, объясняющими колебания температуры, в зависимости от эффективности мер, принимаемых в рамках международных соглашений по регулированию климата.

Например, если явление Эль-Ниньо окажется менее мощным, чем ожидалось, или если другой вулкан массово распространит  SO2 по всей атмосфере, то только в этом случае температурные рекорды могли бы не быть побиты прямо сейчас. В  перспективе будущее покажет нам, когда естественные колебания будут преобладать над антропогенными факторами, объясняющими колебания температуры, в зависимости от эффективности мер, принимаемых в рамках международных соглашений по регулированию климата.