Сегодня уже не секрет, что активная человеческая деятельность как в прошлом, так и в настоящем существенно влияет на климатическую систему Земли. Одним из негативных последствий нашего взаимодействия с природой является глобальное потепление, воздействие которого можно заметить не только в окружающей нас среде, но также и на территории Арктики, где хозяйственная и промышленная деятельность ведется менее активно. Поэтому сибирские ученые занялись исследованием климатического состояния арктической территории на примере морей России и установили, какие факторы влияют на изменение количества льда и как этот процесс можно остановить.
«Изменения в состоянии климатической системы Земли могут быть самыми разнообразными, и далеко не все они связаны с тем, что принято называть глобальным потеплением. В то же время наиболее ярким его проявлением является заметное уменьшение количества плавучего льда в Арктике, что можно регистрировать по снимкам из космоса. Тенденция сокращения площади поверхности льда наблюдается с начала 1980-х годов и продолжается до сих пор. При этом если взять зафиксированные сорок лет назад минимумы площади за 100%, то сегодня это число снизилось уже до 60%, уменьшаясь примерно на 10% за каждое десятилетие. Становится очевидной необходимость установить возможные механизмы столь стремительного негативного процесса», — рассказывает главный научный сотрудник лаборатории математического моделирования процессов в атмосфере и гидросфере Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН доктор физико-математических наук Геннадий Алексеевич Платов.
Чаще всего основной причиной климатических изменений считают метаморфозы количества парниковых газов в атмосфере. Некоторые исследователи приходят к выводу, что объемы этих газов растут вследствие интенсивной хозяйственной деятельности человека, в частности сжигания топлива. Другие ученые полагают, что роль антропогенного фактора преувеличена, а причина связана с естественными процессами. Так или иначе, поскольку газовая оболочка планеты, океан, суша и криосфера (лед) являются основными компонентами климатической системы, то глобальные изменения изначально наступают в атмосфере Земли, а затем за счет прямых и обратных связей распространяются на всё остальное. Поэтому снижение количества льда может быть вызвано как нарушением радиационного баланса на его поверхности из-за изменения прозрачности атмосферы, так и ускоренным дрейфом льда в сторону более низких широт вследствие смены преимущественных направлений ветров, либо ростом температуры морской воды. Последнее, вероятно, является также откликом океана на изменения, происходящие в газовой оболочке планеты. «В качестве отправной точки мы взяли гипотезу о том, что изменения, происходящие в поле льда, прежде всего вызваны влиянием атмосферы. Поэтому работу начали с построения численной модели океана и льда, которая помогает исследовать их совместный отклик на воздействие газовой оболочки Земли. Состояние нижнего слоя атмосферы известно по результатам реанализа, представляющего собой воспроизведение состояния атмосферы с помощью как можно большего массива данных наземных и спутниковых наблюдений. Анализ изменчивости нижнего слоя атмосферы позволяет выделить некоторые наиболее характерные структуры в поле давления, температуры и приземного ветра, называемые модами, у которых есть определенные особенности пространственного распределения данных и их временной изменчивости. Поскольку любая отдельная мода имеет свою уникальную тенденцию, влияющую на суммарное атмосферное воздействие, нам удалось оценить вклад каждой из выделенных мод в общем процессе уменьшения количества льда в Арктике», — говорит Геннадий Платов.
В результате своих исследований, проведенных на основе численной модели океана и морского льда, ученые установили, что наиболее существенное воздействие на состояние льда и океана атмосфера оказывает через рост среднегодовой температуры в приземном слое, уменьшение разницы между летними и зимними показателями и более сильные кратковременные изменения внутри каждого из сезонов. Устранение этих тенденций в численных экспериментах позволило снизить скорость сокращения объема льда на 96%, то есть в их отсутствие ледяные покровы Арктики почти полностью восстановятся.
Вторым по уровню воздействия на арктический климат является изменение разницы давления между полярным районом и умеренными широтами. Этот процесс выражается в увеличении частоты вторжения холодных арктических масс в умеренный пояс и, наоборот, теплого и влажного воздуха в полярные районы, что является причиной таяния льдов в окраинных морях (устранение подобной тенденции приведет к восстановлению льда на 18%).
Третья мода, устранение которой поможет вернуть 17% льда, возникла в атмосфере в период 1980-2020-х годов и выражается в формировании аномально теплых температур приземного воздуха в районе Баренцева и Карского морей, а также в секторе Берингова пролива.
«Кроме того, в ходе нашего исследования удалось зафиксировать один из интересных процессов, который называется “атлантификация Баренцева и Карского морей”. Термин “атлантификация” появился относительно недавно, и четкого определения его значения, по-видимому, не существует. Чаще всего под этим понимается тенденция вытеснения арктических холодных вод атлантическими, то есть более теплыми и солеными, характерными скорее для Гренландского и Норвежского морей, где эти течения в значительной степени определяют условия формирования и таяния льда. Как и всякий процесс, “атлантификация” имеет и положительные, и отрицательные стороны. Норвежское море, например, богато промысловой рыбой, уподобление ему Баренцева и Карского положительно скажется на рыболовстве. Однако в целом глобальное потепление, одним из проявлений которого является “атлантификация” арктических морей, является скорее негативным процессом с малопредсказуемыми последствиями», — добавляет ученый.
По словам исследователя, сегодня для получения оценок возможных изменений природной среды в мире широко используются физико-математические модели, прогнозирующие будущее состояние компонентов климатической системы на основе расчетов, учитывающих наиболее вероятные сценарии социально-экономического развития. Существует множество проектов, например, крупный международный CMIP (Coupled Model Intercomparison Project), в рамках которого сравниваются различные климатические модели. Его целью стоит рассмотрение нерешенных научных вопросов, связанных с улучшением понимания климата, и предоставление оценок его будущего изменения, полезных для прогноза возможных последствий.
«Обнаруженные нами в прошлом тенденции прослеживаются и в будущем, при реализации одного из наиболее жестких сценариев, то есть если экономика продолжит развиваться теми же темпами без принятия ограничительных мер, что повлечет увеличение количества парниковых газов. Как это может повлиять на людей, общество, политику — трудно предугадать, но ничего хорошего ждать точно не приходится. Поэтому необходимо проводить подобные работы по исследованию климата, поскольку без знания этого вопроса трудно принимать какие-либо важные политические и социально-экономические решения на отдаленную перспективу», — рассказывает Геннадий Платов.
Исследование выполнено в рамках гранта РФФИ (проект № 17-05-00382) «Анализ прошлых и прогноз возможных изменений циркуляции арктических морей России в условиях глобального потепления».
Андрей Фурцев
Информация и фото предоставлены Управлением по пропаганде и популяризации научных достижений СО РАН
