Изменения климата Арктики в контексте глобального потепления

Согласно данным наблюдений, в течение последних полуто­ра веков происходит глобальное потепление климата, а примерно с середины прошлого XX в. — его заметное ускорение на фоне межгодовой и внутривековой изменчивости.

В Арктике в последние десятилетия изменение климата, пре­жде всего его потепление, происходило быстрее и масштабнее, чем на остальной части земного шара, на фоне значительных колеба­ний. Согласно данным Гидрометцентра России [2], в 2011 г. средне­годовая температура в Арктике достигла абсолютного максимума (за период с 1891 г.). При этом, насколько можно судить по данным наблюдений, а также косвенным данным, позволяющим на основе анализа и применения моделей с разной степенью достоверности восстанавливать некоторые климатические характеристики дале­кого прошлого [26], климату Арктики всегда была присуща интен­сивная естественная изменчивость.

В этом контексте особенно примечательны дискуссии вокруг двух крупномасштабных эпизодов потепления в Арктике в XX в., одно из которых наблюдалось в первой половине века; второе (про­должающееся до сих пор и уже превысившее по величине первое) началось в 1970-х годах. Предлагаются различные механизмы, объ­ясняющие первое арктическое потепление [22; 46]. Однако не вы­зывает сомнений, что оно было обусловлено естественными при­чинами. Во втором потеплении некоторые исследователи также не усматривают ничего, кроме естественной изменчивости, в то время как другие считают, что, по крайней мере отчасти, это по­тепление связано с антропогенным воздействием в виде роста кон­центрации парниковых газов в атмосфере [17; 50]. Если это так, то, с точки зрения предсказуемости или, точнее, воспроизводимости в модельных расчетах, эти два эпизода потепления в Арктике прин­ципиально различны.

Согласно расчетам физико-математических моделей клима­та CMIP3 (эти модели создали основу для 4-го оценочного доклада МГЭИК [31]), в XXI в. рост температуры в Арктике будет более чем вдвое превосходить среднее глобальное потепление. Например, в случае реализации «умеренного» сценария A1B (подробнее о сце­нариях этой группы, рассматривавшихся в [31], см. [43]), в конце XXI в., по сравнению с концом XX в., средняя глобальная темпе­ратура может увеличиться на 2,8°C, при этом на большей части суши — примерно на 3,5°C, тогда как в Арктике — на 7°C.

Заслуживает упоминания то обстоятельство, что географи­ческое распределение ожидаемых изменений температуры ка­чественно не меняется на протяжении всей истории применения глобальных моделей общей циркуляции атмосферы и океана для различных сценариев антропогенного воздействия в виде выбро­сов парниковых газов в атмосферу. Эта картина, с присущими ей более сильным потеплением суши по сравнению с океаном, а так­же максимальным потеплением в Арктике, сохраняется и в самых последних расчетах — для новых сценариев эмиссий (т.н. RCP, см. [41]) и с новыми моделями CMIP5, которые будут использо­ваны в 5-м оценочном докладе МГЭИК (публикация намечена на 2013 г.) (рис. 1). Что касается ожидаемых изменений атмосферных осадков, то Арктика относится к числу регионов мира, где их отно­сительное усиление в текущем столетии максимально. Все совре­менные физико-математические модели прогнозируют рост выпа­дения осадков на протяжении XXI в., по крайней мере, на большей части территории Арктики [12]. Модели указывают также на пони­жение атмосферного давления в Арктике в XXI в.

Особую тревогу вызывает скорость таяния ледяного покрова Северного Ледовитого океана. Рекордный минимум за тридцати­летие спутниковых наблюдений был достигнут в 2007 г.; показатель 2011 г. (4,33 млн кв. км) — второй в этом ряду рекордов³.

На сегодняшний день остаются открытыми многие важные вопросы [4; 36; 44], в том числе: каковы механизмы, ответственные за столь быстрое таяние льда в Арктике? Каков относительный вклад естественных и антропогенных факторов в наблюдаемом ус­корении? Наконец, с какой интенсивностью будет продолжаться таяние арктического льда и, главное, когда и к каким последствиям приведут эти изменения? Существующие научно обоснованные оценки будущих изменений морского льда в Арктике согласуются качественно, однако разброс их значителен.

Рис. 2. Аномалии площади морского льда в сентябре в Северном по­лушарии (в % от среднего значения за 1979 — 2000 гг.) (линия 1) и величина линейного тренда (в % за десятилетие) за нарастающий период: 1979 — 2001 гг., 1979 — 2002 гг.,..., 1979 — 2011 гг. (По данным NSIDC)

Одной из широко обсуждавшихся в научной литературе осо­бенностей климатических моделей CMIP3, использовавшихся в 4-м Оценочном докладе МГЭИК [31], была их предположительная «консервативность», с точки зрения воспроизведения значитель­ного тренда площади льда в Северном полушарии (особенно его сентябрьского минимума). Действительно, за период спутниковых, т.е. наиболее надежных, наблюдений за ледяным покровом Миро­вого океана площадь сентябрьского льда в Северном Ледовитом океане сокращается с ускорением — к 2011 г. скорость этого со­кращения по отношению к периоду 1979 — 2000 гг. превысила 12% за десятилетие (рис. 2). В то же время модели CMIP3 в среднем по ансамблю показывали существенно меньшее значение.

В работе [36] обсуждаются возможные причины указанной «консервативности» моделей CMIP3. В числе прочих затрагивает­ся вопрос о том, насколько от моделей в принципе следует ожи­дать воспроизведения времени быстрого сокращения площади морского льда, коль скоро соотношение внешнего воздействия (антропогенного потепления) и собственной изменчивости кли­матической системы в этом случае не оценено. При этом отдель­ные модели CMIP3 демонстрируют способность генерировать значительную изменчивость ледяного покрова океана, включая

Рис. 3. Площадь морского льда (млн кв. км) в сентябре в Северном полушарии для двух сценариев антропогенного воздействия на кли­матическую систему: средняя по ансамблю 17 моделей CMIP5 — для сценария RCP4.5 (линия 1) и для сценария RCP8.5 (линия 2), а также межмодельный разброс в пределах 10-й и 90-й процентилей (3 и 4 штриховки соответственно).

эпизоды резкого сокращения морского льда. Новая генерация климатических моделей CMIP5 в среднем по ансамблю уже до­вольно точно воспроизводит наблюдаемый в последние десятиле­тия тренд сентябрьской площади морского льда в Северном полу­шарии, так что говорить о «консервативности» моделей теперь не приходится [13]. При этом исчезновение многолетнего морского льда в Арктике во многих моделях происходит уже в первой поло­вине XXI в. (рис. 3).

Еще одним важным следствием и одновременно фактором из­менения климата является деградация вечной мерзлоты. На север­ной территории России, на многих ее участках, с конца XX в. проис­ходило увеличение температуры многолетней мерзлоты и глубины протаивания. В Сибири за последние 30 лет произошло смещение зоны активной деградации мерзлоты в восточном направлении — «заозеренность» Западной Сибири сократилась, а Восточной Си- бири — выросла. В то же время состояние мерзлоты в восточном секторе Арктики можно считать пока стабильным [3].

Помимо разнообразных воздействий на разные секторы эконо­мики (прежде всего России, но не только ее), ожидаемые измене­ния вечной мерзлоты некоторые исследователи связывают с опас­ностью резкого увеличения потока в атмосферу парниковых газов естественного происхождения, содержащегося в вечной мерз­лоте, что должно способствовать усилению парникового эффекта. Оценки положительной обратной связи между глобальным потеп­лением и указанными выбросами парниковых газов варьируют от пренебрежимо малых до катастрофических [35]. Неопределен­ность усугубляется недостаточным пониманием роли арктических экосистем в глобальном углеродном цикле [3; 40].

Глобальный характер присущ еще двум последствиям измене­ний климата в Арктике. Во-первых, возможным изменениям круп­номасштабной циркуляции Мирового океана в результате увели­чения экспорта пресной воды из Арктики в Северную Атлантику (в частности, возможно ослабление меридионального переноса тепла в Северной Атлантике из низких в высокие широты с соот­ветствующими последствиями для климата в Европе).

Перечисленные научные проблемы, без сомнения, исключи­тельно серьезны и важны, прежде всего, как факторы значительной неопределенности в оценках будущих изменений климата разных пространственных и временных масштабов. В том числе: будущего арктического льда (десятилетия?); судьбы углерода, содержащего­ся в вечной мерзлоте (десятилетия, столетия?); глобальных послед­ствий изменений пресноводного бюджета Северного Ледовитого океана (от десятилетий до тысячелетия?); роли динамики леднико­вых щитов в подъеме уровня океана (столетия, тысячелетия?).

Этот список вызовов современной климатологии венчает собой фундаментальная проблема предсказуемости климата Арктики.

Особенно сложный ее аспект представляет собой предсказуемость на временных масштабах от сезона до десятилетия, т.е. для интер­валов времени, в пределах которых антропогенный сигнал слабее естественной изменчивости климата Арктики [42; 49].