Климат-контроль: от мониторинга изменений к мерам адаптации

Климат меняется, и последствия этого становятся все более ощутимыми: от экстремальных погодных условий до таяния арктического льда. Под угрозой оказываются не только экосистемы, но и благополучие людей, ведь климат во многом определяет условия жизни, включая выбор мест для городов и развитие сельского хозяйства. Какие реальные изменения среднегодовой температуры наблюдают учёные, и остановится ли Гольфстрим? Несмотря на такие важные шаги, как Парижское соглашение по климату, достаточно ли этих мер для предотвращения глобальной катастрофы? Эксперты Росгидромета и Российской академии наук рассказывают о мониторинге климатических изменений и делятся предложениями по адаптации к новым условиям.

Как формируется климат, и чем он отличается от погоды

Главную геофизическую обсерваторию имени А. И. Воейкова в Санкт-Петербурге, исследующую вопросы климата и его изменений, по праву называют ведущим подразделением Росгидромета. Учёные выделяют естественные факторы, влияющие на глобальный климат — солнечную энергию, циклы в океане и атмосфере (например, Эль-Ниньо) и большие вулканические извержения. Антропогенные причины включают ежегодно возрастающую в атмосфере эмиссию парниковых газов, таких как метан (СН₄) и углекислый газ (СО₂).

В то же время на региональный климат влияют географическое положение, близость или удалённость крупных водоемов, а также рельеф местности, например, горный климат отличается от равнинного. К другим факторам регионального значения можно отнести неумелое хозяйствование. Когда фиксируют факты вырубки леса, заболачивание местности при ошибках в процессах искусственного орошения земель или загрязнение атмосферы промышленными отходами. Как же отличить климат от погоды? Что относят к долгосрочным погодным условиям в определенном регионе, а что описывает состояние атмосферы в конкретный момент времени?

«Представьте, что у вас есть отрывной календарь, рассчитанный на 30 лет, и Вы ежедневно заносите на его страницы сведения о температуре воздуха, осадках, скорости и направлении ветра, атмосферном давлении. Когда этот календарь окажется целиком заполненным, то вся совокупность ваших записей образует „климат“, а каждая отдельная страничка календаря будет соответствовать „погоде“. Обработав данные за 30 лет, вы получите статистические характеристики климата. Значения метеорологических параметров, температуры или осадков, могут быть типичными (средними) и нетипичными (экстремальными)», — комментирует Андрей Киселев, ведущий научный сотрудник санкт-петербургской Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова, кандидат физико-математических наук.

Мониторинг изменений

Наука климатология фокусируется на исследовании климата и его изменений в ближайшее время и в долгосрочной перспективе. Изменения климата провоцируют естественные изменения самой климатической системы и антропогенный фактор. Около 2 000 российских метеостанций предоставляют в центр исследований сведения о состоянии окружающей среды, а дополняет данные мониторинг со спутников.

Кто же ведет обработку поступающей информации? Среди специалистов гидрометслужбы можно выделить статистиков и аналитиков. Полученные данные ученые используют для построения климатических моделей, в создании и обеспечении функционирования которых участвуют математики, гидрологи, физики, биологи, гляциологи, химики и другие специалисты.

В международном проекте сравнивают несколько десятков климатических моделей. Россию представляет глобальная модель Института вычислительной математики РАН. В настоящее время популярны региональные модели, которые детально описывают климатические процессы в отдельных странах или федеральных округах. Одну из таких моделей разработала и успешно использует Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова. Математическое моделирование стало важным инструментом в климатологических исследованиях, позволяя анализировать причины изменений, оценивать природные и антропогенные факторы, а также делать прогнозы.

Учёные московского Института физики атмосферы им. А. М. Обухова Российской академии наук и лаборатории климатологии Института географии РАН ведут как теоретические, так и практические исследования. Среди масштабных направлений экспериментальных исследований можно назвать измерение состава и динамики атмосферы, потоков тепла, массы, газовых примесей и аэрозолей, исследование различных атмосферных явлений. Достаточно часто исследователи участвуют в экспедициях, чтобы установить, сколько парниковых газов поглощается или выделяется из различных экосистем, какие загрязнения переносятся в атмосфере, и откуда они появляются.

«Много заявок приходит на определение парниковых газов, выбрасываемых из водохранилищ, затапливаемых территорий. Методики измерений мы используем разные, из проверенных и точных — можно положить закрытый ящик на поверхность, и он будет накапливать газы, которые выделяются с поверхности. Пробы этих газов берём с помощью шприца и определяем газоанализатором концентрацию газов. Новые пульсационные методики измеряют потоки, скорость и плотность воздуха с помощью ультразвуковых датчиков», — рассказывает академик РАН Владимир Семенов, директор Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, заведующий Лабораторией климатологии Института географии РАН, доктор физико-математических наук. Благодаря пульсационным измерениям на разных высотах фиксируют потоки различных газов в приземном слое атмосферы. Для этих целей газоанализаторы и пульсационные датчики устанавливают на беспилотные летальные аппараты.

Другое крупное направление исследований посвящено газовому, аэрозольному составу атмосферы. Здесь используют спектрометры, аэрозольные счётчики, масс-спектрометры, они определяют в составе аэрозольных частиц тяжёлые металлы, минеральную пыль, песок и чёрный углерод. Измерения проводят как в самом московском Институте физики атмосферы им. А. М. Обухова, так и на стационарах института в Кисловодске, Звенигороде и Цимлянске.

Экспедиции в регионы Поволжья имеют значение для сельского хозяйства, там идут такие процессы, как опустынивание и вынос пыли, иногда доходящей до Москвы. В то же время спектральные методы направлены на исследование загрязнения атмосферы. Ученые оценивают динамику загрязнения в городах, рассчитывают концентрации диоксида азота (NO₂), угарного газа (СО).

С 1956 года институт занимается измерением температуры в верхней атмосфере, на высоте 90 км. На границе между мезосферой и термосферой, мезопаузе, атмосфера «светится». Это явление регистрируют с земли и определяют по нему температуру в этой области. 

«По нашим данным, а это самый длинный в мире ряд, мы видим, что температура на этой высоте уменьшилась более чем на 10°C. Эта информация важна для космических аппаратов, потому что изменение температуры связано с изменением плотности. Последняя влияет на траекторию спутников, которые могут выходить на такие высоты. Знания о температуре на высоте 90 километров помогают нам установить плотность и на больших высотах», — добавил Владимир Семенов.

Среднегодовая температура и климатические изменения в России

По данным Всемирной метеорологической организации (ВМО), в 2024 году среднеглобальная температура составила 15,1°С. Для России этот год стал вторым самым тёплым в истории метеонаблюдений, с температурой -0,1°С. Рекорд по-прежнему принадлежит 2020 году — с температурой +0,05°С. За последние 10 лет (2015–2024 гг.) в стране наблюдают наибольшие темпы потепления. Но изменения не ограничиваются одним повышением температуры, на что указывают и другие климатические показатели.

«Изменения климата — это не только повышение температуры, но и изменения в осадках, движении воздушных масс и океанских течениях, а также увеличение числа климатических аномалий. В России потепление происходит в 2,7 раза быстрее, чем в среднем по миру. Осадков становится больше на 2,2% каждые десять лет, а снег всё чаще заменяется дождём. Число климатических аномалий удвоилось с конца XX века, и в первые 20 лет XXI века в России фиксировалась в среднем 371 аномалия в год. Ожидается, что эти тенденции сохранятся в ближайшие годы», — отметил Андрей Киселев.

Для каждого федерального округа характерны свои климатические условия, где-то борются с наводнениями, а где-то с засухами или лавинами. Для того чтобы регионы могли адаптироваться к климатическим изменениям, Росгидромет разработал целый комплекс мер. Например, Центральному федеральному округу рекомендуют использовать новые схемы охраны водных объектов, перевести сектор сельского хозяйства от раннеспелых сортов к позднеспелым, а для транспортной отрасли разработать новые температурные нормы для дорожных покрытий. Для наблюдения за многолетней мерзлотой, занимающей 2/3 территории РФ, необходимо создать 140 пунктов мониторинга, связанных со станциями и обсерваториями Росгидромета. Так как деградация многолетнемерзлых грунтов может спровоцировать дополнительный выброс парниковых газов: углекислого (СО2) и метана (CH₄).

В Третьем оценочном докладе Росгидромета представлено состояние климата и прогнозы на ближайшие и будущие десятилетия, а также меры адаптации для каждого федерального округа. Доклад основан на научных исследованиях и доступен для широкой аудитории в Общем резюме.

Что будет с Гольфстримом

В октябре 2024 года страны Северной Европы предупредили о климатическом бедствии. 44 ученых-климатолога подписали письмо, из которого следовало, что планете угрожает ослабление циркуляции течений в Атлантическом океане. Следствием этого может стать остановка Гольфстрима, «согревающего» северную часть Европы. Но обоснованы ли опасения исследователей, и сможет ли повлиять предполагаемая угроза на российские регионы?

«Это прибрежное струйное течение, формируемое ветром и движением поверхностных вод океана, всегда будет существовать, пока дует ветер. Оно движется вдоль восточного побережья Северной Америки на север, перенося 50-100 свердрупов воды. Помимо Гольфстрима есть еще и вертикальный круговорот воды в Северной Атлантике, приводимый в движение градиентами плотности океанической воды, которая зависит от температуры и солености. Если на севере вода станет менее плотной из-за распреснения или нагрева, это замедлит круговорот и уменьшит перенос тепла. Но резкой остановки этого круговорота не предвидится ни в ближайшие десятилетия, ни в течение XXI века», — рассказал Владимир Семенов.

По оценке учёного, гипотетическая остановка Гольфстрима не стала бы катастрофой. В Западной и Северо-Западной Европе зафиксировали бы похолодание, а на северо-западе России зимы были бы холоднее на 2-5 градусов, летом температура опустилась бы на 1-2 градуса. Письмо климатологов — это, скорее всего, попытка привлечь внимание к недооцененным факторам воздействия на круговорот и получить дополнительное финансирование на исследования.

Последствия таяния арктического льда

Исчезновение арктического льда может привести к серьезным последствиям для климата как на региональном, так и на глобальном уровнях. Во-первых, лёд ограничивает обмен теплом между морем и атмосферой. Без него воздух будет нагреваться быстрее, так как температура верхнего слоя воды близка к нулю, а приземный воздух остаётся морозным. В результате вода станет «печкой» для воздуха.

Во-вторых, лёд отражает больше солнечной энергии, чем вода. Это значит, что с его исчезновением морская поверхность будет поглощать больше тепла, что приведёт к повышению температуры как воды, так и воздуха. Увеличение температуры в Арктике повлияет на меридиональную циркуляцию воздушных масс: чем больше разница температур между экватором и полюсами, тем интенсивнее циркуляция. С исчезновением льда эта разница уменьшится, замедляя глобальную циркуляцию, последствия которой трудно предсказать.

Если рассмотреть проблему на региональном уровне, то следует признать, что изменения климата угрожают существованию коренных народов Крайнего Севера. Это связано с изменением биоразнообразия, миграцией животных, сбоями в природных циклах и трудностями в обеспечении кормовой базы для оленеводства. Сократится и время работы зимников, временных зимних дорог через водоемы, для северного завоза продуктов и товаров.

Парижское соглашение

В 2015 году в Париже около 200 стран согласовали комплекс мер по борьбе с климатическими изменениями. Его основная цель - сдерживание глобального потепления, в результате было принято обязательство до 2100 года не допустить повышения температуры на 2°C по сравнению с доиндустриальным уровнем, с усилиями по ограничению её роста до 1,5°C. ВМО сообщает, что в ближайшие несколько лет потепление в 1,5°С станет нормой. Из-за инерционности климатической системы рост температуры продолжится, независимо от предпринимаемых мер. Парижское соглашение признаёт необходимость перехода на «зелёные» источники энергии и адаптации к климатическим изменениям. Главная задача сейчас — замедлить темпы глобального потепления. В этой связи беспокойство ученых вызывает таяние ледников Антарктики и Гренландии.

«Превышение заданных Парижским соглашением температурных „порогов“ вряд ли вызовет апокалиптические последствия, но проблема может сильно затронуть отдельные территории. Так, таянием ледников Антарктики и Гренландии обусловлен подъём воды в Мировом океане. В прошлом веке она поднялась на 17 см, а в нынешнем, по модельным оценкам, ожидается прирост на 60-100 см. Для большинства людей такой подъём пройдёт незамеченным, а для ряда островных государств в океане это вопрос выживания», — считает Андрей Киселев.

Статистика крупных природных аномалий с 1970 года по апрель 2024 года показывает, что их количество увеличилось в XXI веке. Основными причинами стали наводнения, вызванные ливнями, и «ветровые нагрузки» из-за торнадо, тайфунов или ураганов.

Госрегулирование исследований и разработок

В феврале 2021 года Правительство РФ утвердило Федеральную научно-техническую программу по экологическому развитию и климатическим изменениям на 2021–2030 годы. Цель программы — повысить эффективность научно-технической деятельности в этой области. В 2022 году был разработан важный инновационный проект по созданию «Единой национальной системы мониторинга климатически активных веществ», направленный на получение достоверных данных о парниковых газах и аэрозолях в России. Участников проекта объединили в 6 консорциумов:

1. Центр моделирования и прогнозирования глобального климата «ЗЕМНАЯ СИСТЕМА: МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗ». Головная организация — Институт вычислительной математики им. Г. И. Марчука РАН;

2. Центр климатического и экологического мониторинга океана и морей России «ОКЕАН: МОНИТОРИНГ И АДАПТАЦИЯ». Головная организация — Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН;

3. Центр климатического и экологического мониторинга суши и адаптации к абиотическим факторам климатических изменений «СУША: МОНИТОРИНГ И АДАПТАЦИЯ». Головная организация — Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова;

4. Центр мониторинга климатически активных веществ «УГЛЕРОД В ЭКОСИСТЕМАХ». Головная организация — Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН;

5. Центр экономико-социальных проблем адаптации и смягчения антропогенного воздействия на климат «ЭКОНОМИКА КЛИМАТА». Головная организация — Институт народнохозяйственного прогнозирования РАН;

6. Центр обеспечения Национального кадастра антропогенных выбросов «АНТРОПОГЕННЫЕ ВЫБРОСЫ: КАДАСТР». Головная организация — Институт глобального климата и экологии им. академика Ю. А. Израэля.

Программы планируют дополнять инициативами и предложениями регионов и республик. 

Светлана Минеева