Модели и сценарии глобального изменения климата

Модели и сценарии глобального изменения климата

Чувствительность климата Земли к увеличению концентрации CO² в атмосфере - это центральный вопрос, который лежит в основе климатологии и жизни на Земле. Чувствительность климата определяется по степени глобального потепления поверхности земли, которое произойдет в ответ на удвоение концентрации CO² в атмосфере по сравнению с доиндустриальным уровнем. В зависимости от шкалы времени ученые используют три основных показателя чувствительности климата (IPCC 2021): краткосрочная переходная реакция климата (TCR), долгосрочная равновесная чувствительность климата (ECS) и чувствительность системы Земли (ESS). TCR- это показатель потепления, которое может произойти в то время, когда CO² удвоится, постепенно увеличиваясь на 1% ежегодно. TCR более точно соответствует тому, как концентрация CO² менялась в прошлом и отличается от следующего показателя тем, что распределение тепла между атмосферой и океанами еще не достигло равновесия. ECS определяется как долгосрочное изменение глобальной средней приземной температуры воздуха в ответ на удвоение атмосферного CO² (Paynter et al., 2018, Colin et al., 2019), а затем климат был бы приведен в равновесие с этим новым уровнем CO². Например, потребуется много времени, чтобы дополнительное тепло, удерживаемое удвоением СО², рассеялось по глубинам океана. ECS – это показатель потепления, которое произойдет, когда все эти процессы достигнут равновесия. ESS включает долгосрочные обратные связи системы Земли, такие как изменения ледяного и растительного покровов и др. Из проведенного анализа следует, что TCR, как правило, заметно ниже, чем ECS.

Существует множество подходов для сравнения и анализа моделей климата. Например, в рамках проекта взаимного сравнения связанных моделей (CMIP- Coupled Model Intercomparison Project) (IPCC 2021), который работает с 1990-х годов, сравнение моделей реализуется преимущественно с использованием ECS. В рамках подготовки Шестого оценочного доклада (CMIP6) МГЭИК 2021 года научными группами по всему миру были разработаны модели климата нового поколения. Средняя расчетная оценка ESC увеличилась в фазе 6 (CMIP6) по сравнению с предыдущим поколением 5 в диапазоне от 1.8 до 5.6° C. В 14 из 40 моделей глобального климата ESC выше 4.5 °C (Рис. 1, 2). В рамках пятого оценочного доклада (CMIP5) МГЭИК, разработанного в 2014 году, вероятный диапазон ECS был оценен ниже и составлял от 1.5 до 4.5 °C, но вероятный TCR составлял всего от 1 до 2.5 °C. Причина увеличения ECS кроется в основном в улучшенном моделировании слоя облаков. В настоящее время считается, что повышение температуры вызывает более резкое уменьшение количества низких облаков, а меньшее количество низких облаков означает, что планета поглощает больше солнечной энергии и меньше отражает ее в космос. Учет влияния облачности повлиял на расширение диапазона вероятного изменения ESM (от 1.8 до 5.6 °C). В целом широкий диапазон оценок ESM обусловлен неопределенностями в обратной связи климата, включая то, как водяной пар, облака, отражательная способность поверхности (таяние льда, уменьшение снежного покрова и др.) и другие факторы будут меняться по мере потепления Земли. Климатическая обратная связь - это процессы, которые могут усиливать (положительная обратная связь) или уменьшать (отрицательная обратная связь) эффект потепления в результате повышения концентрации парниковых газов (прежде всего СО²) или других климатических воздействий, которые изначально вызывают изменения климата. Все это означает, что глобальный учет обратных связей сложен, и в настоящее время трудно его точно смоделировать. По этой причине на практике используются многомодельные климатические прогнозы для оценки количественных показателей изменения климата. В отличие от сценариев CMIP5, которые именовались как RCP 2.6, RCP 4.5, RCP 6, RCP 8.5 (Representative Concentration Pathways - RCP), в рамках CMIP6 были предложены новые сценарии Shared Socioeconomic Pathways (SSPs), которые характеризуют различные социально-экономические траектории развития населения земли. Некоторые были выбраны специально для обеспечения преемственности с RCP: SSP1-2.6, SSP2-4.5, SSP4-6.0 и SSP5-8.5, которые характеризуют различные уровни радиационного воздействия от 2.6 Вт/м^2 до 8.5 Вт/м^2. Эти сценарии идентифицируются с использованием формы записи SSPx-y, где SSPx - это социально-экономический путь развития, используемый для обозначения сценария, а y - приблизительный уровень радиационного воздействия до 2100 г в рамках конкретного сценария. Тем не менее, новые сценарии SSP в целом отличаются от RCP в деталях. Во-первых, они обеспечивают гораздо более высокий уровень точности и детализации входных данных климатических моделей. Во-вторых, они позволяют исследовать комбинации разных факторов, которые не были охвачены RCP, такие как сочетание низких усилий, по смягчению последствий, и низкого контроля за эмиссией парниковых газов, и, следовательно, высоких выбросов аэрозолей (теперь для учета этих особенностей предложен сценарий SSP3-7.0). Хотя RCP и SSP идентифицируются по приблизительному уровню радиационного воздействия до конца 2100 г., но их нельзя напрямую сравнивать для одного и того же радиационного воздействия. Распределение выбросов во времени и доля различных парниковых газов и аэрозолей различаются. Например, сценарий SSP5-8.5 имеет более высокие концентрации CO², чем RCP 8.5, но более низкие концентрации метана. Введение дополнительного нового сценария SSP1-1.9 было связано с тем, что во всех рассмотренных сценариях потепление превышает условный предел 1.5 °C в следующие двадцать лет. Считается, что цель ограничения потепления до 1.5 °C в долгосрочной перспективе не потеряна благодаря сценарию SSP1-1.9. Сценарий SSP1-1.9, в целом считается очень амбициозным, отражающим цель Парижского соглашения 1.5 °C (IPCC 2021). В докладе 6-ой генерации МГЭИК предложены пять сценариев: вышеупомянутый сценарий SSP1-1.9, а также: SSP1-2.6: сценарий устойчивого развития (сильное международное сотрудничество, приоритетное внимание устойчивому развитию, улучшению условий жизни и предпочтению потребления экологически чистых товаров и услуг); SSP2-4.5: промежуточный сценарий (текущие социальные, экономические и технологические тенденции сохраняются, развитие и рост действуют неравномерно в зависимости от страны и региона); SSP3-7.0: сценарий регионального соперничества – низкий международный приоритет охраны окружающей среды, что приводит к сильной деградации окружающей среды в некоторых регионах; SSP5-8.5: развитие, основанное на интенсивном использовании ископаемого топлива и отмеченное значительными инвестициями в здравоохранение, образование и новые технологии. Эти пять сценариев SSP1-5 использовались для создания климатических моделей, учитывающих процессы и факторы, оказывающие влияние на климатическую систему Земли: атмосферы, океанов, криосферы, подстилающей поверхности земли, биосферы, углеродного цикла. Эти модели моделируют будущее изменение климата в соответствии с заданной траекторией выбросов парниковых газов. Модели, использованные для этого Шестого оценочного доклада, позволяют более точно представить определенные физические, химические и биологические процессы, чем модели, которые использовались ранее (Riahi et al. 2017; Bauer et al. 2017; Colin et al. 2019; O’Neill et al. 2020). Климатическая равновесная чувствительность (ECS) комплекса глобальных моделей, представленных в рамках проекта взаимного сравнения связанных моделей CIMP 6 приведена на Рис. 1. Сравнительный анализ параметра климатической равновесной чувствительности сценариев моделей двух генераций CMIP 5 и CMIP 6 приведена на Рис.2.

Рисунок 1. Климатическая равновесная чувствительность (ESC) комплекса моделей изменения климата, представленных в рамках проекта взаимного сравнения связанных моделей CIMP 6 (https://iowaclimate.org/2020/05/18/7c-global-warming-by-2100-cmip6-cranks-up-the-climate-sensitivity-estimate-for-cop26).

Рисунок 2. Сравнительный анализ параметра климатической равновесной чувствительности сценариев моделей двух генераций CMIP 5 и CMIP 6. Доверительные интервалы получены на основе 30 моделей и 40 моделей в рамках двух генерации CMIP 5 и CMIP 6 соответственно.

 <<<Назад