– Игорь Иванович, что такое климат с точки зрения физики атмосферы?
Климатическая система состоит из пяти компонентов: атмосферы, океана, криосферы, деятельного слоя суши и биосферы. Их взаимодействие по-разному проявляется на различных пространственно-временных масштабах.
Слово «климат» происходит от греческого κλίμα, что означает «наклон». То есть еще в древности люди понимали, что климат зависит от наклона солнечных лучей относительно земной поверхности. Позже установили, что на климат влияют также континенты и океаны, состав атмосферы и так далее. К примеру, без атмосферы с водяным паром температура поверхности Земли была бы более, чем на 30 оС ниже. Водяной пар – главный парниковый газ в атмосфере Земли.
Помимо этого, общая циркуляция атмосферы и климат Земли существенно зависят от скорости вращения планеты вокруг своей оси. Экстремальная жара в Москве в 2010 году как раз была связана с нарушением зональной циркуляции атмосферы в средних широтах.
– Можно ли сказать, что атмосфера определяющим образом влияет на климат?
У каждого из пяти компонентов климатической системы своя роль. Важно уточнить, какие временные масштабы имеются в виду. Если говорить о совсем отдаленной перспективе, то Земля сгорит через несколько миллиардов лет из-за эволюции Солнца. Если говорить о коротких временных интервалах, то на них атмосфера очень изменчива по сравнению с инерционным океаном.
Важнейшие глобальные и региональные климатические особенности связаны с взаимодействием атмосферы и океана. Показательный пример взаимодействия атмосферных и океанических процессов — рекордное наводнение на Амуре в 2013 году. Первопричиной стало формирование атмосферного блокирования над Тихим океаном с циклонической областью над бассейном Амура. Это привело к экстремальным осадкам. Существенно, что это происходило в муссонный сезон.
Свою роль сыграли и другие факторы: в частности, на западе Тихого океана была рекордно высокая температура, а в бассейне Амура в предыдущую зиму выпало много снега, и почва была насыщена влагой. Все это увеличило риск наводнения.
– Как строятся модели такой сложной системы, как климат Земли?
Есть разные классы моделей разной степени сложности — от простейших концептуальных до наиболее сложных моделей общей циркуляции атмосферы и океана с достаточно детальным описанием процессов в почве, криосфере и биосфере. Когда я в середине 1970-х стал заниматься климатом, то начинал с простейших климатических моделей, основанных на уравнении сохранения энергии. С использованием таких энергобалансовых моделей можно аналитически оценивать чувствительность и устойчивость земной системы к различным воздействиям. Кстати, первая энергобалансовая модель была предложена в 1968 году российским ученым Михаилом Ивановичем Будыко.
Климатические модели общей циркуляции — наиболее сложные. В России к такому классу относится модель Института вычислительной математики. Она участвует в международных сравнениях и ансамблевых модельных оценках* изменений климата, в том числе для докладов Межправительственной группы экспертов по изменению климата.
Глобальная климатическая модель Института физики атмосферы относится к моделям промежуточной сложности. Сейчас мы ее развиваем в том числе на кафедре физики атмосферы физфака МГУ.
– В чем особенность вашей модели?
Модель включает описание всех основных компонентов климатической системы, она достаточно детальная: ее широтно-долготное разрешение около 5°. При этом ряд используемых параметризаций позволяет проводить расчеты на порядки быстрее, чем более детальные модели общей циркуляции. Разные версии этой модели позволяют описывать климат прошлого и будущего на масштабах тысячелетий.
Мы первые в мире более полутора десятилетий назад сделали прогностические расчеты для XXI века с разными возможными и экстремальными сценариями солнечной и вулканической активности. Показали, что, несмотря на широчайший диапазон возможных изменений солнечной или вулканической активности, при сценариях антропогенных воздействий, которые предполагаются в XXI веке, антропогенные факторы доминируют. Это важный результат.
Кроме того, мы просчитали последствия альтернативных способов борьбы с парниковым эффектом — так называемых некиотских методов. Еще в 1970-е Михаил Иванович Будыко предложил имитировать вулканическую активность: искусственно распылять в стратосфере аэрозоли, чтобы этот слой задерживал приток энергии от Солнца и охлаждал тем самым земной климат. Наши численные эксперименты показали, что если использовать этот подход, то корректировать климат придется постоянно, а в случае прекращения подобного геоинжиниринга последствия будут хуже, чем если ничего не предпринимать.
– С какой точностью в наши дни ученые могут прогнозировать климатические процессы?
Все зависит от того, о каких процессах идет речь. Если говорить про такое природное явление, как Эль-Ниньо**, то его формирование может уже достаточно хорошо прогнозироваться. Например, согласно модельным расчетам, то, что в этом году сформируется Эль-Ниньо, оценивалось за несколько месяцев с вероятностью около 90 %. А с Эль-Ниньо связаны наибольшие колебания глобальной приповерхностной температуры, погодно-климатические аномалии не только в тропических широтах, но и в российских регионах, включая Арктику.
Современные модели позволяют делать разумные оценки возможных климатических изменений и быть готовыми к последствиям. Предупрежден — значит вооружен. При этом нужны прогностические расчеты не только на ближайшие годы и десятилетия, но и на столетия и тысячелетия, с оценкой последствий. Даже если эти модельные оценки окажутся не совсем реалистичными. Нужно всесторонне просчитывать потенциальные опасности, проверять и тестировать их вероятность на следующих шагах. Хуже, если что-то критически важное упустить.
Когда я учился на Физтехе, к нам приходили студенты ВГИКа и показывали свои работы. Я запомнил мультфильм, который, если не ошибаюсь, назывался «Круг»: человек рождается, учится, работает, потом камера поднимается над поверхностью и оказывается, что он бегает по кругу. Так и в науке: нужно смотреть не только в одной плоскости или в одном направлении. А современная наука о климате — это синтетическая наука, комбинация физики, математики, химии, биологии, а в последнее время — еще и экономики и политики.
– Расскажите о вашей работе в рамках гранта РНФ. Каких результатов вам удалось достичь?
Это уже не первый наш совместный проект с Фондом. Ранее мы изучали вихревую активность в атмосфере, теперь исследуем климатически значимые процессы, причины изменений климата и возможные последствия. Это необходимо, чтобы оценить риски, связанные с глобальными и региональными изменениями климата, а также наряду с негативными последствиями оценить новые возможности для российских регионов.
В рамках проекта группа развивает несколько направлений. Это анализ и различных данных, в том числе спутниковых наблюдений и палеореконструкций, и модельных расчетов для современных изменений климата, а также климатов прошлого и будущего.
Источник: Издательство Origami Books
Мы получили количественные оценки роли различных природных и антропогенных факторов в температурных изменениях разных широт Северного и Южного полушарий на разных временных горизонтах. В том числе была оценена роль солнечной активности, парниковых газов, ключевых мод климатической изменчивости, включая явления Эль-Ниньо, Атлантическое мультидесятилетнее и Тихоокеанское десятилетнее колебания.
Согласно нашему анализу многолетних данных наблюдений, на временных интервалах в пределах двух-трех десятилетий естественная изменчивость может быть сопоставима с изменениями из-за антропогенных воздействий, а на временных горизонтах более полувека начинают доминировать антропогенные факторы. В разных широтах это проявляется по-разному.
В связи с необходимостью соответствовать условиям Парижского соглашения Рамочной конвенции ООН об изменении климата требуются разносторонние количественные оценки всех источников эмиссий в атмосферу парниковых газов и их стоков. На основе модельных расчетов мы оценили возможные изменения эмиссий, связанных с наземными экосистемами в российских регионах, на фоне различных сценариев антропогенных эмиссий в XXI веке.
– Ваша работа связана с исследованием изменения климата в российских регионах. Каковы особенности этого процесса на нашей территории?
В России процессы потепления и похолодания идут существенно быстрее, чем на Земле в целом. Это не случайно: в северных странах большую роль играет снежный покров. Из-за него сильно меняется альбедо*** поверхности, поэтому температурные эффекты в высоких широтах наиболее сильны. Важное направление в рамках нашего проекта — анализ изменений климата в арктических широтах.
С точки зрения климата хорошо, что Россия большая, поскольку у нас не бывает только засухи или только наводнения, как, например, в европейских странах. В атмосфере над Россией могут почти уместиться в средних широтах две планетарные волны или волны Россби****. Это означает, что в долготном направлении чередуются две циклонические и две антициклонические области с противоположными аномалиями давления, температуры и осадков. Например, летом 2010 года в условиях стационирования волны Россби в европейской части России была рекордная жара. А вот на западе, в центре Европы, и на востоке, в Западной Сибири, лили дожди.
В этом смысле огромные размеры России — плюс, у нас обычно в различных частях страны разные погодно-климатические аномалии.
– К чему нам следует готовиться, учитывая изменения климата?
У России колоссальные возможности, каких нет ни у одной другой страны. Различные природные пояса — от субтропиков до арктических широт, разный климат — от морского до полупустынного. На любой вкус. Надо только правильно использовать эти возможности и менять нормативы. Например, нужно пересмотреть строительные нормативы для регионов с вечной мерзлотой, где уже сейчас «плывут» дома в городах, коммуникации и дороги.
Нужно учитывать и позитивные эффекты глобального потепления. Взять ту же Арктику: около 15 лет назад мы с использованием ансамблевых модельных расчетов показали, что к концу XXI века Северный морской путь из западной Европы в юго-восточную Азию может стать экономически более эффективным, чем путь через Суэцкий канал даже в зимние месяцы.
В среднем зимы становятся более теплыми, но при этом не исключаются морозы. А летом при потеплении возрастает нагрузка на энергосистему из-за работы кондиционеров, рефрижераторов, охладительных установок. В весенне-летние месяцы отмечается вековая тенденция уменьшения количества осадков при потеплении в среднеширотных российских регионах, что проявляется, например, в уменьшении стока реки Дон.
– Выстроен ли у изучающих климат ученых диалог с экспертами из других сфер?
Да, мы обсуждаем эти вопросы на разных уровнях, в том числе в Научном совете РАН по проблемам климата Земли, члены которого являются экспертами в разных областях. Координация способствует более адекватному учету разных взаимосвязанных процессов и тенденций. На октябрь 2023 года запланирована российская конференция с международным участием «Климатические изменения: причины, риски, последствия, проблемы адаптации и регулирования». Ее организуют Научный совет РАН по проблемам климата Земли, Отделение наук о Земле РАН и Институт физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН. Цель конференции — представить результаты и способствовать диалогу — можно сказать, полилогу — по широкому спектру климатических исследований и разносторонних исследований проблем в связанных с изменениями климата областях.
В футболе есть так называемые плеймейкеры, которые видят все поле и определяют своими пасами эффективность игры. Так и в области климатических проблем — важно видеть общую картину, не только зону своей формальной ответственности, чтобы правильно организовывать командную игру.
Источник: Издательство Origami Books
Я вхожу в Межведомственную рабочую группу при Администрации Президента России по вопросам, связанным с изменением климата и обеспечением устойчивого развития, под руководством Руслана Эдельгериева. Когда обсуждался национальный план адаптации к неблагоприятным изменениям климата, я предложил убрать из названия только одно слово — «неблагоприятным». Это исключительно важно, поскольку надо готовиться и к позитивным изменениям. При потеплении открываются новые перспективы Северного морского пути — к этому надо готовиться. Зимы становятся более теплыми? К ним тоже нужно быть готовыми.
Даже в сложных экономических и политических условиях проблемами изменений климата надо активно заниматься. Важно стратегически оценивать возможные перспективы и новые риски — не только на ближайшие годы, — правильно расставлять акценты и предпринимать своевременные шаги. У России есть все возможности, чтобы быть мировым лидером в области решения климатических проблем. Конечно, сиюминутные экологические проблемы могут быть более важными, и нужно текущие вопросы своевременно решать. Но мы должны мыслить и стратегически, думать о следующих поколениях.
–Что вам дает поддержка РНФ?
Возможность подключить к исследованиям ведущих сотрудников, младших научных сотрудников, аспирантов и студентов. Мы вместе обсуждаем выбор и решение актуальных задач — и сиюминутных, и долгосрочных. Благодаря работе в команде молодежь быстро включается и получает необходимый опыт, чтобы генерировать новые задачи и решения. К сожалению, в последние годы в нашей стране не поддерживаются ведущие научные школы, если руководители старше 50 лет. Преемственность поколений очень важна в науке, да и не только в науке.
Сноски:
* Ансамблевые оценки включают данные нескольких различных климатических моделей.
** Эль-Ниньо — это природное явление, для которого характерно аномальное повышение температуры поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана.
*** Альбедо — коэффициент отражения солнечной радиации.
**** Волны Россби — крупномасштабные волны в атмосфере, возникающие под действием вращения Земли.
