После четырёх лет работы и подробных обсуждений международной группой учёных появилась возможность лучше, чем когда-либо прежде, количественно оценить, как температура земной поверхности реагирует на повышение уровня атмосферного CO2.

Результаты, опубликованные в Reviews of Geophysics, сужают вероятный диапазон «равновесной чувствительности климата» (РЧК) - меры того, каким будет ожидаемое глобальное потепление при удвоении выбросов CO2 по сравнению с доиндустриальными уровнями.

Ограничение РЧК остаётся святым Граалем в климатологии с тех пор, как американский метеоролог Джулс Чарни (Jules Charney) в своем отчёте 1979 г. предложил возможный диапазон от 1,5 до 4,5°C. Его оценка была в значительной степени основана на работе первых двух климатических моделей, которые дали разные оценки 2°C и 4°C для простого эксперимента, в котором уровни CO2 в атмосфере были удвоены.

В последующие более чем 40 лет исследований значительно улучшилось понимание атмосферных процессов, а также появилось много детальных наблюдений, однако этот диапазон упорно сохраняется.

Теперь, объединив данные наблюдаемого потепления, далёкого прошлого Земли и модельные климатические оценки, а также достижения в научном понимании климата, авторы оценили диапазон РЧК между 2,6°C и 4,1°C.

Этот суженный диапазон указывает на то, что человеческое общество не сможет надеяться на низкую чувствительность, дающую больше времени для решения проблемы изменения климата. Но одновременно говорится, что очень высокие оценки РЧК маловероятны.

Устойчиво широкий диапазон

Насколько чувствителен климат Земли к увеличению выбросов CO2 в атмосфере, является фундаментальным вопросом для науки о климате. По сути, он определяет, насколько нагреется поверхность Земли в результате антропогенных выбросов CO2.

Концентрация CO2 в атмосфере сегодня увеличилась с доиндустриальных уровней 280 частей на миллион (ppm) до примерно 416 ppm. Без действий по сокращению выбросов концентрации CO2, вероятно, она достигнет 560 частей на миллион - удвоенного доиндустриального уровня - примерно к 2060 году.

Тем не менее, по оценкам, диапазон для РЧК остаётся очень широким. В четвёртом оценочном отчёте Межправительственной группы экспертов по изменению климата (AR4), опубликованном в 2007 году, сделан вывод о том, что РЧК, вероятно (на языке МГЭИК, это означает вероятность, большую 66%), находится в интервале между 2,0°C и 4,5°C. Это говорит о том, что оценки ниже 2°C маловероятны.

Однако это уточнение было обращено вспять в пятом оценочном отчете МГЭИК (AR5) в 2013 году, который вернулся к каноническому диапазону от 1,5 до 4,5°C.

С чем связан такой разворот? С 2000-х годов оценки РЧК основывались не только на климатических моделях, они базировались на исследованиях климата прошлых эпох («палеоклиматологии»), интерпретациях, основанных на исторических наблюдениях за изменением температуры, а также на основе учёта климатических обратных связей.

В период подготовки отчёта AR5 исторически обоснованные оценки согласовывались с лучшими оценками РЧК (около 2°C). Напротив, оценки, основанные на понимании процессов и моделировании, поддерживали верхний предел диапазона Чарни. Хотя диапазоны перекрываются, это расхождение в оценках, построенных на наблюдаемом изменении климата, с одной стороны, и понимании и моделировании процессов, определяющих чувствительность климата, с другой, вызывает беспокойство.

С 2013 года учёные предпринимают согласованные усилия, чтобы понять технические детали того, почему оценки различаются, и предпринять первые предварительные шаги по согласованию разрозненных оценок, полученных из разных источников.

Новое исследование иллюстрирует улучшенное понимание того, как разные независимые подходы соотносятся друг с другом, и позволяет их формально комбинировать с целью наложить более сильные ограничения на РЧК, чем во всех предыдущих оценках.

Вероятный диапазон

Представленное исследование показывает, что вероятный диапазон РЧК составляет от 2,6°C до 4,1°C, с наилучшей оценкой чуть выше 3°C. Вне этого диапазона вероятность того, что РЧК окажется ниже 2°C, составляет менее 5%, а вероятность того, что она выше 4,5°C - 6-18%.

Авторы также произвели оценку «эффективной чувствительности климата», немного отличающейся от РЧК, она лежит в диапазоне от 2,6 до 3,9°C. (РЧК - это оценка величины разогрева после того, как климат достигнет равновесия при удвоении уровней CO2. Иногда это оказывается непрактичным для оценки и моделирования, потому что климатической системе могут потребоваться тысячи лет, чтобы действительно достичь равновесия. Эффективная чувствительность климата - это распространённый обходной путь, обычно экстраполирующий величину потепления через 150 лет после удвоения CO2.).

На первый взгляд, это может показаться небольшим улучшением по сравнению с последним отчетом МГЭИК, но на самом деле оно имеет важные последствия для климатологии и нашей уверенности в прогнозируемом диапазоне потепления в 21-ом веке.

На диаграмме ниже показано, как вероятный диапазон РЧК (Equilibrium Climate Sensitivity) из данного исследования (черный бокс) сравнивается с диапазоном из AR5 (серый бокс) и полным диапазоном оценок из пятого (синий бокс) и шестого (коричневый бокс) проектов взаимного сравнения моделей (CMIP). Прогнозы CMIP5 включены в AR5, а прогнозы CMIP6 будут лежать в основе готовящегося шестого оценочного отчёта AR6.

Эта работа позволяет сузить диапазон, сначала определив и объяснив, как каждое направление исследований может устанавливать пределы величины РЧК или не накладывать ограничения на неё. Были тщательно изучены три различных направления: понимание процессов обратной связи; исторические наблюдения за изменением температуры; и палеоклиматические реконструкции прошлых изменений климата.

Данная работа формально объединяет все три оценки, давая центральную оценку РЧК чуть выше 3°C, а также устанавливает дополнительные ограничения на диапазон РЧК - с 90%-ной вероятностью оценки будут находиться между 2,3°C и 4,7°C. Неучёт какого-либо из направлений или использование другого статистического подхода даёт «надёжную» эффективную оценку чувствительности от 2,0°C до 5,7°C.

Эти ограничения означают, что теперь можно сравнить указанный диапазон с оценками из климатических модельных расчётов, которые сами не использовались в качестве прямого доказательства. Там, где некоторые климатические модели показывают высокие значения РЧК по сравнению с указанным в данной работе диапазоном, можно ожидать, что они будут переоценивать будущие уровни потепления при заданных сценариях выбросов. Точно так же при низких значениях РЧК модели вполне могут недооценить будущее потепление.

Объединение направлений исследования

Процессы обратных связей - важный фактор того, как Земля реагирует на повышение уровня атмосферного CO2. Есть как положительные обратные связи - те, которые усиливают потепление, так и отрицательные - его ослабляющие. Примером положительной обратной связи является таяние льда и снега, в результате которой меньше солнечного света отражается, а больше поглощается, что вызывает большее потепление.

Авторы изучили весь комплекс теоретических работ и данных наблюдений. Их анализ показал, что оценки РЧК ниже 2°C возможны лишь при наличии облачной отрицательной обратной связи, что очень маловероятно. Таким образом, одно только это свидетельство помогает исключить оценки РЧК ниже 1,5°C.

Наблюдаемое на сегодняшний день потепление является ещё одним свидетельством: оно уже достигло примерно 1°C, при том, что концентрация CO2 ещё не увеличилась вдвое, поэтому представляются маловероятными значения РЧК ниже 2°C. Однако надёжная оценка РЧК на основе исторических данных затруднена из-за проблем с количественной оценкой выхолаживающего эффекта аэрозолей - от загрязнения воздуха и извержений вулканов - и осознанием того, что обратные связи, возможно, работали иначе в последние десятилетия, чем они, как ожидается, будут действовать в долгосрочной перспективе. Это обстоятельство делает чрезвычайно трудным исключение высоких значений РЧК только на основе исторических данных.

Палеоклимат - это третье направление исследования. Изменение климата, происходившее естественным образом в далёком прошлом Земли, также может помочь ограничить РЧК при наличии достаточного объёма информации. Авторы обнаружили, что двумя наиболее информативными периодами были последний ледниковый максимум (около 20000 лет назад), который был примерно на 3-7°C холоднее, чем сегодня, и имевший место примерно три миллиона лет назад период потепления в середине плиоцена (примерно на 1–3°C теплее, чем сегодня). Пределы похолодания во время последнего ледникового максимума являются лучшим свидетельством того, что высокие значения РЧК маловероятны.

Эти ограничения на РЧК становятся более надёжными, когда все три направления рассматриваются совокупно, что позволяет исключать высокие и низкие значения РЧК.

Исключение высоких значений РЧК: если бы её истинное значение было выше 4,5°C, облачная обратная связь должна была бы быть намного сильнее, чем следует из спутниковых данных. В будущем такая обратная связь также должна быть намного активнее, чем она была в историческом прошлом. Кроме того, изменения ледяного покрова Земли и осаждение пыли в засушливых условиях последнего ледникового максимума следовало бы сильно переоценить.

Исключение низких значений РЧК: если истинное значение РЧК было менее 1,5°C, необходимо было бы обнаружить неизвестную новую сильно выхолаживающую облачную обратную связь. Кроме того, аэрозоли должны были обеспечить почти нулевой выхолаживающий эффект или даже эффект потепления климата в историческом прошлом. Более того, оценка потепления в середине плиоцена должна быть пересмотрена.

Авторы рассмотрели вероятность ошибочности своих оценок, выполнив ряд статистических тестов. Эти тесты позволили выбрать окончательный диапазон РЧК, представленный в работе, после множества математических расчётов и дискуссий.

На диаграмме ниже показаны результаты для каждого направления исследования в отдельности, причём в каждом боксу указан диапазон 50%-ной вероятности для эффективной чувствительности климата.

Сравнение с моделями

Предыдущий рисунок показал, что некоторые модели CMIP6 выходят за пределы диапазонов РЧК, как по верхним, так и по нижним значениям.

Авторы предполагают, что модели с РЧК, находящимися за пределами диапазона, полученного в данной работе, вряд ли будут репрезентативными для реального РЧК и, следовательно, можно ожидать, что они будут либо переоценивать, либо недооценивать будущие изменения температуры.

Тем не менее, исследование не является окончательным, и в частности, верхний предел РЧК, менее чётко ограничен, чем нижний предел. Поэтому нельзя полностью исключить оценки моделей, дающих высокий верхний предел.

Кроме того, другие исследования показали, что во многих отношениях моделирование с высокими значениями РЧК улучшается. Следовательно, включение этих моделей с высоким пределом РЧК при оценке будущих рисков остается полезной мерой предосторожности.

Ссылка: https://yaleclimateconnections.org/2020/08/why-low-end-climate-sensitivity-can-now-be-ruled-out/

Немецкая компания OHB подписала контракт с Европейским космическим агентством (ESA) на реализацию миссии по глобальному наблюдению за распространением и концентрацией СО2 на планете.

Миссия является частью европейской программы Copernicus и на первом этапе будет состоять из запуска и обслуживания двух спутников, оснащённых специальной аппаратурой, предназначенной для измерения выбросов углекислого газа, вызванных деятельностью человека. Общая стоимость контракта составляет 445 миллионов евро.

Copernicus — новая европейская космическая программа после Galileo, которая обеспечивает независимую инфраструктуру наблюдения на планете. Данные, собранные с помощью средств измерения на суше, на море, в воздухе и в космосе, в основном используются для мониторинга окружающей среды и климата, но также помогают справляться со стихийными бедствиями и дают ответы на вопросы, связанные с безопасностью. Программа финансируется Европейским союзом и ESA.

Запуск спутника новой космической программы ЕС запланирован на конец 2025 года.

Германия является одной из самых высокотехнологичных стран Европы, где производится большая часть космических технологий и высоких инженерных разработок, а также прикладных решений с применением космических технологий.

Как сообщалось ранее, новейшая успешная космическая разработка — многоразовая пилотируемая ракета частной компании SpaceX покорила космос благодаря немецкому учёному, ставшему вице–президентом компании. Ханс Кенигсманн (Hans Koenigsmann) является вице–президентом SpaceX и первым инженером запусков ракет SpaceX. Сейчас немецкий инженер отвечает за весь цикл подготовки и безопасности полётов SpaceX, являясь техническим руководителем масштабной космической программы.

Ссылка: https://aussiedlerbote.de/2020/08/nemeckij-sputnik-pomozhet-spravitsya-s-globalnymi-izmeneniyami-klimata/

Российский союз промышленников и предпринимателей направил Минэкономики предложения по способам сокращения рисков от возможного введения Евросоюзом трансграничного углеродного регулирования. Это сближение национальных стандартов углеродной отчетности с международными, поддержка снижения углеродоемкости российской продукции. В худшем случае, возможно, РФ ожидает проведение разбирательств с ЕС на площадке ВТО и даже введение ответных мер. По данным “Ъ”, первые неофициальные консультации экспертов между РФ и ЕС по теме введения нового регулирования пройдут уже 8 сентября, цена вопроса — потери российских компаний-экспортеров от нового европейского регулирования размером несколько миллиардов евро в год.

В распоряжении “Ъ” оказался ответ РСПП на письмо Минэкономики с предложением провести анализ углеродоемкости российского экспорта, чтобы «сформировать аргументы для отстаивания российской позиции» на переговорах с Евросоюзом (см. “Ъ” от 11 июня).

Напомним, что утвержденная в ЕС программа «Зеленый курс» включает введение трансграничного углеродного регулирования (ТУР) для отдельных секторов экономики уже в 2021 году. Пока конкретные механизмы неясны, однако они уже вызывают обеспокоенность российского бизнеса, поскольку экспорт из РФ является одним из самых углеродоемких в мире. По оценке КПМГ (см. “Ъ” от 28 июля), потери компаний в случае введения механизма могут составить €4–6 млрд в год. В письме РСПП в Минэкономики приводятся оценки Института народно-хозяйственного прогнозирования РАН, по которым потери экспортеров могут составить €2,8–3,6 млрд в год при уровне цен за единицу выбросов €20–25 за тонну СО2-эквивалента.

Отметим, в проекте бюджета ЕС на 2021–2027 годы говорится, что введение ТУР может обеспечить от €5 млрд до €14 млрд в год, таким образом, доля РФ в этой сумме вполне соответствует доле российского экспорта в европейском импорте.

«Основной целью введения ТУР является поддержка конкурентоспособности европейских промышленных компаний за счет создания барьеров и обременений для производителей других стран»,— считают в РСПП. В качестве мер реагирования там предлагают создание рабочей группы под руководством замминистра экономики. Она должна будет в том числе участвовать в консультациях и переговорах для «недопущения создания нормативной основы на международном уровне для введения ограничений международной торговли по климатическим мотивам». Также среди предложений — развитие национальных стандартов углеродной отчетности и их гармонизация с международными, поддержка проектов компаний по снижению выбросов парниковых газов, стимулирование внедрения наилучших доступных технологий (НДТ), поддержка сектора возобновляемой энергетики, а также «продвижение позиции о максимальной компенсации углеродоемкости российской продукции высокой поглощающей способностью лесов». (Отметим, впрочем, что в соответствии с рядом исследований российских ученых, в том числе биологического факультета МГУ, поглотительная способность российских лесов будет постепенно снижаться и к 2050 году функция «поглотителя» может быть сведена практически к нулю).

Наконец, в качестве радикальной меры РСПП не исключает проведения на различных площадках (ВТО, ISDS) разбирательств с ЕС, а также принятие ответных мер по защите российских производителей. Одновременно с этим в бизнес-ассоциации предлагают проводить дальнейшие переговоры с ЕС, а также продвигать позицию о необходимости отмены таможенных пошлин для низкоуглеродных товаров.

По данным “Ъ”, первые, пока неофициальные консультации между РФ и ЕС по вопросу введения ТУР пройдут уже 8 сентября. Организатором со стороны ЕС выступает European Roundtable on Climate Change and Sustainable Transition (исследовательский центр, работу которого поддерживают правительства Германии и Франции, а также ряд европейских энергетических и металлургических, химических и цементных компаний), с российской — РСПП и Институт проблем естественных монополий. Участвовать будут также представители министерств, компаний и бизнес-объединений с обеих сторон.

Минэкономики в официальном заявлении 29 июля уже обозначило свою начальную позицию:

«Пограничный корректирующий углеродный механизм должен быть недискриминационным, соответствующим нормам ВТО и не создающим препятствия во взаимной торговле».

Глава Минприроды Дмитрий Кобылкин 30 июля сообщал о планах создания площадки для обсуждения возможного влияния на российские компании углеродного налога ЕС.

Ряд экспертов (в том числе советник президента РФ по климату Руслан Эдельгериев, см. “Ъ” от 11 июня) в качестве наиболее эффективных мер реагирования на планы ТУР называют введение «цены на углерод», а также принятие закона, направленного на сокращение выбросов и распространяющего принцип «загрязнитель платит» на парниковые газы. В своем письме РСПП такие предложения не поддерживает, утверждая, что «переплата российской экономики в случае введения внутрироссийских фискальных механизмов может составить почти 1 трлн руб. ежегодно».

Руководитель департамента мировой экономики ВШЭ Игорь Макаров отмечает, что в РСПП введение цены на углерод внутри страны однозначно рассматривается как ущерб для экономики РФ. «Но потери крупнейших углеродоемких компаний не равны потерям страны. Цена на углерод — это инструмент не изъятия, а перераспределения от более "грязных" к более "чистым" отраслям, инструмент повышения энергоэффективности и диверсификации экономики»,— говорит эксперт. Плата же за углерод в ЕС, по его словам,— это «чистые потери для российской экономики, и избежать их без введения цены на углерод внутри страны будет практически невозможно».

Ссылка: https://www.kommersant.ru/doc/4443081?

Министерство по развитию Дальнего Востока и Арктики разрабатывает план адаптации к климатическим изменениям в Арктической зоне России, учитывая в том числе ущерб традиционной хозяйственной деятельности коренных малочисленных народов.

«Уже подтверждены учеными факты, что повышение температуры в Арктике идет более быстрыми темпами, чем в остальной части планеты. К большому сожалению, эти процессы создают много разных рисков, в том числе и для ведения традиционной хозяйственной деятельности», - сказал замглавы Минвостокразвития Александр Крутиков на онлайн-конференции в пресс-центре МИА «Россия сегодня», приуроченной к проведению 9 августа Международного дня коренных народов мира.

Он объяснил, что потепление в первую очередь сказывается на растительном и животном мире. Например, на территориях, где традиционно питались олени, климатические изменения привели к смене растительности, что привело к сокращению кормовой базы.

«Довольно много и других рисков. Мы их учитываем. Более того, сегодня готовится план адаптации Арктики к изменениям климата. Этот документ в соответствии с общенациональным планом адаптации к климатическим изменениям готовит Минвостокразвития. Он должен быть подготовлен в 2021 году. Сегодня мы собрали группу из 25 ведущих российских учёных, которые занимаются как раз подготовкой такого плана», - сообщил замминистра, добавив, что ученые рассматривают различные аспекты влияния климата на природную среду в Арктике. По его словам, отдельный аспект касается здоровья человека, в том числе коренных малочисленных народов, потому что сохранение традиционного образа жизни, традиционного питания важны для здоровьесбережения КМНС.

«Отдельный аспект, который мы изучаем, это влияние климатических изменений на рыболовство. Тоже один из ключевых видов традиционной деятельности. Сегодня такая работа нами развёрнута, мы рассчитываем поделиться первыми результатами в конце этого года с регионами, общественностью, коренными народами. И будем с начала следующего года доводить дорабатывать план адаптации к изменениям климата в Арктике», - рассказал замглавы Минвостокразвития.

Ссылка: https://minvr.gov.ru/press-center/news/27297/

Хотя наши знания о воздействии изменения климата на энергетические системы существенно расширились за последние несколько десятилетий, по-прежнему отсутствует всесторонний обзор таких воздействий в пространственных масштабах. Авторы анализируют результаты 220 исследований, прогнозирующих влияние климата на энергетические системы в глобальном и региональном масштабах. В глобальном масштабе можно ожидать потенциального увеличения потребности в охлаждении и уменьшения потребности в нагреве, в противоположность небольшому снижению мощности гидро- и теплоэнергетики. Воздействия в региональном масштабе более разнородные и относительно неопределённые по регионам, но самые сильные воздействия отмечены в Южной Азии и Латинской Америке. Оценки показывают, что влияние климата на энергетические системы в региональном и глобальном масштабах является неопределённым, отчасти из-за использования широкого спектра методов и взаимно несогласованных наборов данных. Для комплексной оценки воздействия климата на энергетику авторы предлагают согласованную мультимодельную систему оценки для поддержки планирования энергетики в региональном и глобальном масштабе.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41560-020-0664-z

За 1880–2018 годы рост температур на планете в среднем составил 0,8 °C, или на 0,058 °C за десятилетие. Однако в России в целом климат «теплеет» в 2,5 раза быстрее среднемирового. А в Арктике только за последние 10 лет средние температуры поднялись на 0,75 °C — в десяток раз быстрее, чем в мире. Это означает, что там происходят изменения колоссальных масштабов. С одной стороны, через тающую поверхность вырывается метан, образуя целые фонтаны в море и новые озера на суше. С другой — северные земли быстро покрываются зеленью, там появляется больше жизни. Чтобы оценить объем и направление изменений, нужно систематическое и тщательное изучение происходящего. Справляется ли российская наука с этим вызовом?

Согласно ряду научных работ, арктическое потепление по своей природе заметно отличается от глобального и не связано с ним напрямую. В нашем полушарии постоянно существует высотный Северный полярный вихрь. По мере того, как потепление ослабляет разницу температур между экватором и полюсом, устойчивость вихря снижается, и воздух низких широт чаще проникает в высокие, «подогревая» Арктику. Другой важный региональный фактор: резкое падение отражательной способности морских льдов, площадь которых убывает, дополнительно ускоряя региональное потепление. Но какой бы ни была его природа, последствия этого процесса могут быть еще значимей и интереснее для науки.

Таяние мерзлоты и CO2: насколько тающая тундра может ускорить глобальное потепление

Людей в Арктике немного, 4 миллиона, чуть более 1/2 000 населения Земли. Однако потепление в ней может влиять на планету в целом. В мерзлотных грунтах северного полушария связано огромное количество органики. Следует помнить, что 2–3 миллиона лет назад на Новой Земле росли леса, и еще в бронзовом веке почвы в районе Салехарда были подзолистыми (сейчас — тундромерзлотные). То, что в регионах теплого климата быстро разлагают почвенные бактерии, здесь в основном сохранилось.

При оттаивании мерзлоты бактерии снова получат доступ к этой органике и, разлагая ее, смогут выделить в атмосферу до 1,5 триллионов тонн CO2. Всего в газовой оболочке Земли 3,2 триллиона тонн этого газа, и человечество добавляет около 37 миллиардов тонн каждый год. Легко видеть, что в теории CO2 из Арктики может резко ускорить глобальное потепление. Чтобы понять, так это или нет, нужны эмпирические данные из арктической зоны — например, регулярные замеры концентрации CO2 в разных ее точках.

Увы, с этим есть некоторые проблемы. Спутникам на стандартных орбитах тяжело наблюдать приполярные зоны, а значит, и измерять концентрацию парниковых газов в местной атмосфере им сложно. В такой ситуации важнейшую роль должны играть наземные станции наблюдения. Росгидромет имеет три арктические станции, регулярно измеряющие содержание CO2 и CH4 (Кольский полуостров, Ямал, Тикси), однако российская Арктика огромна, и этого для нее совершенно недостаточно.

Для сравнения: международная сеть станций измерения TCCON, развернутая в зарубежной Арктике, насчитывает десятки станций на сравнимой территории. Как комментирует ситуацию Александр Родин, заведующий лабораторией прикладной инфракрасной спектроскопии МФТИ, по сути, развернутой сети станций наблюдения у нас на сегодня нет, и ее создание — задача большой важности: «В России пока нет национальной программу по климату. К счастью, само отношение к вопросу начало меняться, но пока в какие-то федеральные программы не превратилось».

Между тем, по мнению ученого наличие подобной национальной программы крайне важно: «Потеря компетенций в этой области для нас весьма опасна. Явления типа Греты Тунберг показывают, что сегодня в мире активно используют некомпетентное общественное мнение для продвижения своих интересов. И Россия на сегодняшний день здесь, к сожалению, беззащитна, потому что у нас нет своих национальных программ, национальных компетенций в области изучения ситуации с климатом, которые могли бы противостоять мнениям извне и продвигать свою климатическую повестку в соответствии с нашими национальными интересами».

По одним оценкам, до 2100 года таяние мерзлоты не окажет заметного воздействия на потепление. По другим — за тот же период северные земли могут выбросить в атмосферу до 650 миллиардов тонн CO2 (на уровне совокупных антропогенных выбросов CO2 от США за тот же период). К сожалению, точно сказать сложно: измерения по этим газам на нашей территории пока достаточно локальны и фрагментарны.

При этом в России есть собственные высокоэффективные средства измерения содержания парниковых газов. Несколько лет назад в МФТИ был разработан гетеродинный спектрометр сверхвысокого разрешения (Александр Родин был среди его создателей). На сегодня его спектральное разрешение (~108) — самое высокое среди существующих в мире, к тому же он заметно компактнее и дешевле западных аналогов.

Метангидратная катастрофа: реальная угроза или бумажный тигр?

Углекислый газ — не единственная «длинная рука» Арктики, с помощью которой она может повлиять на климат всей планеты. Возможно, еще более важен метан. Исторически при сильных оледенениях его концентрация падала до 0,35 частей на миллион (ppm), в доиндустриальное время составляла 0,7 частей на миллион, а сейчас в Арктике, по западным данным, — 1,9 ppm.

Хорошо видно, что концентрация метана в воздухе Земли растет, а с учетом того, что он поглощает ИК-излучение много эффективнее СО2, влияние его прироста на климат весьма ощутимо. Источник: esrl.noaa.gov

Иными словами, мы живем в эпоху быстрого роста концентрации второго по важности среди неконденсирующихся в нормальных условиях парниковых газов. Причин этого роста две: таяние метангидратов на морском дне шельфовых морей Арктики и проявления криовулканизма на суше.

Из-за этого в западном научном сообществе постоянно всплывает тема «гипотезы метангидратного ружья». Согласно ей, идущее потепление спровоцирует крайне быстрое таяние метангидратов арктического шельфа и повысит концентрацию метана в атмосфере до такой степени, что потепление будет самоускоряться намного быстрее, чем это предсказывают прогнозы МГЭИК. Скорость изменения климата станет значительно выше, чем сейчас, и ее часто обозначают как «катастрофу».

Игорь Мохов, научный руководитель Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН и профессор МФТИ, отмечает, что на сегодня такие оценки трудно назвать вполне обоснованными. Конечно, если экстраполировать локальные всплески концентрации метана на все арктические территории, то можно получить и очень большие оценки.

Однако, по мнению российских научных групп, на самом деле выбросы метана в Арктике на протяжении всего XXI века могут усилить парниковый эффект лишь очень умеренно. Дело в том, что метан и на шельфе, и на суше распределен весьма неравномерно — и поэтому местные локальные всплески не означают, что метан с такой же скоростью выбрасывается во всех высоких широтах. По предварительным оценкам, такой метан может поднять глобальные средние температуры к 2100 году менее чем на 0,1°C.

Тем не менее важность метанового фактора не стоит и недооценивать. Как отмечает профессор Мохов, именно благодаря таянию метангидратов и выбросам метана на суше к концу XXI века Россия может стать из нетто-поглотителя CO2 нетто-эмитентом этого газа. Сейчас, не учитывая антропогенные выбросы, наша страна за счет лесов поглощает больше парниковых газов, чем выбрасывает, но из-за таяния в Арктике к концу века все станет наоборот. Это весьма важно, потому что на основании баланса по выбросам парниковых газов в наше время оцениваются углеродные квоты, которые уже сейчас служат предметом торга между странами: те, у кого есть «лишние» квоты, продают их тем, у кого их нет. Со временем значимость подобных квот может сильно вырасти.

Другой важный момент: выбросы метана в Арктике часто могут быть локальны. Например, в виде «метановых фонтанов», один из которых в октябре 2019 года обнаружила экспедиция российских ученых в Восточно-Сибирском море. Там концентрация метана в воздухе локально превосходила нормы до девяти раз.

К локальным события относится и появление новых озер на Ямале (феномен, впервые зафиксированный именно в России в 2014 году). Когда таяние мерзлоты под «шапкой» мерзлотного грунта высвобождает газы (в том числе от гниения органики), создается пучение. Когда газов станет достаточно много, произойдет их прорыв и образуется кратер, как при криовулканизме на Церере и других далеких телах Солнечной системы. Затем такие кратеры за год-два заполняются водой от тающей соседней мерзлоты и становятся озерами. Как отмечает Игорь Мохов, такие процессы хотя и выглядят впечатляюще, но не несут опасности для местных жителей и инфраструктуры. Пучение грунта предшествует появлению самого кратера на несколько месяцев, его легко заметить и заранее принять все необходимые меры.

Российская Арктика и последствия глобального потепления: как учесть минусы?

Фото изможденных белых медведей часто используют как иллюстрацию катастрофических последствий глобального потепления. Но есть нюанс: на самом деле мы не знаем, уменьшается их численность или же растет. По подавляющему большинству их популяций в мире мониторинг численности не ведется, и такая же ситуация — в нашей стране.

Еще один сложный вопрос — северные олени. Теплые зимы приносят в Арктику больше снега, подтаивания создают наст, который может вести к падежу этих животных, а их разведение — основной вид деятельности коренных народов Севера. В то же время статистика утверждает, что оленей там уже 1,9 миллиона, в полтора раза больше, чем в 2000 году. На одном Ямале в 1927 году их было 20 тысяч, а сегодня 760 тысяч: ученые из-за этого бьют тревогу, потому что олени местами выели ягельник до земли. По логике, эти животные должны страдать от потепления, но по факту это не так. Было бы неплохо изучить вопрос в рамках единой исследовательской программы и решить, что делать, спасать оленей или сдерживать их безудержное размножение.

Между тем есть серьезные основания полагать, что происходящие изменения климата вовсе не обязательно фатальны для белых медведей. 115–130 тысяч лет назад, в последнее межледниковье море было на несколько метров выше нынешнего. Скандинавия была островом, а в Рейне и Темзе водились бегемоты. По генетическим данным, белые медведи как вид существуют сотни тысяч лет, то есть благополучно пережили период африканской живности на широте Англии и Германии.

Возможной причиной этой живучести была большая устойчивость главной компоненты диеты белых медведей — кольчатых нерп. После прошлых ледниковых периодов их популяции были изолированы в Каспийском море, на Байкале и в Ладоге. Во всех этих районах они благополучно выжили, причем в южной части Каспия спокойно выводят детенышей не на льду, а на пляжах островов. Получается, кольчатые нерпы устойчивы к потеплению такой силы, которого в российской Арктике никогда не будет. Выходит, и вымирание полярных медведей необязательно?

По сообщению «Роснефти» в 2020–2023 годах ее исследователи будут участвовать в четырехлетней программе изучения и подсчета белых медведей, моржей, белых чаек и диких северных оленей. Если такие наблюдения станут регулярными, они позволят понять, куда на самом деле движется ситуация.

Как учесть плюсы?

У антропогенных процессов, вызвавших глобальное потепление, есть еще одна сторона: глобальное озеленение. Так называют надежно фиксируемое разными научными группами увеличение листовой поверхности на земной суше. Это следствие распространения растительности, толкаемого, в первую очередь, ростом концентрации CO2 в атмосфере (листья поглощают его при росте) и, во вторую очередь, ростом температур в холодных зонах мира.

Как это влияет на Арктику, можно примерно представить по американским исследования этой темы. По спутниковым снимкам 2002–2014 годов, в северной части Аляски площадь листьев увеличивается на 1% в год, причем в сухих местах роста почти нет, а во влажных он в два и более раз быстрее. Озеленение там идет пропорционально количеству дней с температурой выше нуля: их становится на 1,79 суток больше каждый год.

Благодаря западным работам в этой области мы знаем, насколько глобальное озеленение затронуло Россию в целом. Только в 2000–2017 годах площадь листьев в нашей стране выросла на 6,62% (0,757 миллиона квадратных километров). Это очень большие цифры: в мире за то же время этот показатель вырос на 5,3 миллиона квадратных километров, то есть седьмая часть всего прироста пришлась на нашу страну.

Сильнее за это время «позеленел» только Китай, но там шла масштабная программа озеленения. А вот в России процесс зарастания брошенных в постсоветский период земель в XXI веке не только остановился, но и повернул вспять: площадь пашни и пастбищ начала расти. То есть в нашей стране озеленение — процесс непреднамеренный.

Увы, как и с какой скоростью эти процессы идут в российской Арктике, пока остается только гадать. Как отмечает Александр Родин, чья лаборатория имеет несколько перспективных проектов по поводу мониторинга земных процессов из космоса, «к сожалению, у нас сейчас нет ни собственных космических средств, которые бы позволяли такие вещи наблюдать, ни, самое главное, тех, кто строит модели по таким явлениям».

По его словам, пока удел отечественных ученых в подобной области — это либо глубокая кооперация с зарубежными коллегами — и тогда и постановка задач исследования, и его «приборная» часть тоже являются зарубежными — или же работы, связанные с интерпретацией измерений, сделанных на Западе. Родин обозначает их как «достаточно провинциальные работы».

Почему ситуация с глобальным озеленением так важна? В популярной прессе часто отмечается гипотетическое негативное влияние глобального потепления на земную растительность. А научные данные последних лет показывают: первичная продуктивность биосферы в период потепления достигла самого высокого уровня за, как минимум, последние 54 300 лет — причем именно из-за антропогенных выбросов CO2.

Базовые предпосылки, на основании которых «зеленые» активисты призывают бороться с глобальным потеплением, могут быть не вполне верны. По современным данным, в сценарии с ростом выбросов CO2 (сценарий RCP 8.5) к концу XXI века биомасса на планете может вырасти на 50% от значений конца прошлого века. Если выбросы CO2 будут вскоре ограничены, а затем и пойдут на убыль (RCP 4.5), то рост биомассы ограничится 31%.

Подведем итоги. На сегодня Арктика, в том числе и российская, — область самого быстрого изменения климата на планете. Предположительно, это значит, что там быстрее всего в мире выделяются метан и углекислый газ из метангидратов и мерзлотных грунтов. Теоретически от потепления может как-то меняться численность белых медведей и других местных видов крупных животных, но, поскольку у нас их только начали считать, достоверно об этом ничего неизвестно. Вероятно, в российской Арктике также самыми высокими темпами в мире идет наблюдаемый на всех континентах процесс озеленения.

Получается, задачи отечественных ученых в изучении последствий потепления в Арктике пока только в самом начале своего выполнения. Александр Родин резюмирует: «Именно на территории России изменение климата сейчас идет быстрее, чем где-то еще в мире, при этом наши научные компетенции в области его изучения явно недостаточны по сравнению с зарубежными научными группами. Мы здесь становимся очень уязвимы, зависимы от их видения этого вопроса и не имеем возможности ему что-то противопоставить».

Ссылка: https://zanauku.mipt.ru/2020/08/04/poteplenie-v-arktike-kakie-zadachi-ono-stavit-pered-uchenymi/

В статье разрабатываются первые глобальные эмпирически обоснованные оценки риска смертности в результате будущего повышения температуры, вызванного изменением климата. По имеющимся данным сорока стран, авторы оценивают возрастные соотношения «смертность-температура», позволяющие произвести как экстраполяцию в страны без данных, так и прогнозирование на будущее с учётом адаптации. Обнаружены U-образные отношения, в которых экстремальные холод и жара повышают уровень смертности, особенно среди пожилых людей, сглаживающийся как более высокими доходами, так и адаптацией к местному климату (например, надёжными системами отопления в холодном и системами охлаждения в жарком климате). Кроме того, разработан подход с выявленными предпочтениями для возмещения ненаблюдаемых затрат на адаптацию. Авторы объединили эти компоненты с 33 вариантами климатических расчётов с высоким разрешением, которые в совокупности отражают научную неопределённость в оценках будущих изменений температуры. Согласно сценарию с высокими выбросами парниковых газов, среднее увеличение риска смертности оценивается примерно в 3,2% мирового ВВП в 2100 году, при этом современные холодные районы выигрывают, а ущерб особенно велик в сегодняшних бедных и/или жарких районах. По оценке авторов, выделение дополнительной тонны CO2 сегодня вызовет средний ущерб в размере 36,6 долл. США [с вероятным отклонением - 7,8 долл. США, 73,0 долл. США] при сценарии с высокими выбросами и 17,1 долл. США [- 24,7 долл. США, 53,6 долл. США] при умеренном сценарии с использованием учётной ставки 2%, подтверждаемой ставками казначейства США за последние два десятилетия. В глобальном масштабе эти эмпирически обоснованные оценки существенно превышают опубликованные ранее, в которых отсутствовало аналогичное эмпирическое обоснование, что позволяет предположить оправданность такого пересмотра оценочного экономического ущерба от изменения климата.

Ссылка: https://www.nber.org/papers/w27599

Это вывод из заседания дискуссионного клуба "Проблемы деградации многолетнемерзлых пород и обеспечения безопасности объектов в Арктике". Дискуссия проведена Проектным офисом развития Арктики (ПОРА) 14 июля 2020 года в онлайн-формате.

Из-за изменений климата в Арктике обострились проблемы строительства и эксплуатации объектов инфраструктуры на многолетнемерзлых грунтах. Грунты в арктических поселениях теряют свои несущие свойства, на них становится опасно строить новое жилье и объекты инфраструктуры. Авария на резервуаре с топливом ТЭЦ-3 в Норильске привлекла внимание широкой общественности к этой проблеме. Создать на базе ПОРА координационную рабочую группу по криолитозоне Российской Арктики и Субарктики предложил гендиректор Проектного офиса развития Арктики Александр Стоцкий.

"По оценкам ученых к середине XXI века из-за потепления и таяния грунтов может быть повреждено до 70% арктической инфраструктуры. Уже в настоящее время многие инженерные сооружения, конструкции и фундаменты жилых домов теряют свою несущую способность", – констатировал первый заместитель постоянного представителя Республики Саха (Якутия) при президенте России Александр Сафронов.

Он предложил повысить требования к строительным технологиям, разработать "зеленые стандарты" строительства с минимальным воздействием на окружающую среду, принятие программы по обеспечению инженерной безопасности жилых домов и объектов инфраструктуры в Арктике, расширить нормативную базу в части охраны вечной мерзлоты и проведения адаптационных мероприятий, а также принять федеральный закон об охране вечной мерзлоты. Именно так: наступила смена парадигмы. Нужно не бороться с вечной мерзлотой, а научиться на ней строить и жить.

Например, в центральной Якутии среднегодовая температура повысилась на 3,3 градуса. Температура грунтов и глубина протаивания на некоторых грунтах серьезно изменилась. Настало время для мониторинга мерзлоты.

"В Якутске принят закон о рациональном использовании и сохранении мерзлоты. Мы надеемся, что в России будет принят аналогичный закон, осуществление его в одной республике невозможно. Катастрофы случаются из-за отсутствия контроля. А этим процессом вполне можно управлять", – подчеркнул директор Института мерзлотоведения СО РАН Михаил Железняк.

Но исследования и мониторинг вечной мерзлоты в арктических городах уже много лет не проводятся.

"В настоящее время закрыты все мерзлотные станции, – добавил почетный архитектор России, бывший главный архитектор Воркуты Виталий Трошин. – Необходимо возрождать территории геокриологических полигонов для проведения испытаний и создания постоянного мониторинга за состоянием многолетнемерзлых грунтов. Есть перспективы для возрождения Воркутинского мерзлотного центра, который может стать площадкой для исследований".

Но необходимость постоянного мониторинга состояния почвы под строительными объектами сейчас законодательно не закреплена. При этом при проектировании и строительстве необходимо учитывать поведение фундаментов строений в арктических условиях, изменение температур и засоленности грунтов.

"Климатические риски для Арктики настолько важны, что не учитывать их преступно. При этом на данный момент не предусмотрено особых требований к арктическому строительству. Важнейшей составляющей безопасности является не только требования к стройке, но и к эксплуатации объекта. Необходимы системы контроля за фундаментами зданий, построенных в условиях мерзлоты", – подчеркнула исполнительный директор ООО "Научные разработки" Татьяна Красникова.

"Правильное проектирование может позволить избежать последствий – фундамент и надземная часть зданий должны быть адаптированы к изменениям климатических условий, – считает директор НПО "Фундамент" из Норильска Али Керимов. – Также следует минимизировать воздействие на мерзлые грунты при строительстве и получать рекомендации ученых. В городах Арктике разные условия и температура грунта, поэтому необходимо создать систему районирования по мерзлоте".

В обновлении строительных стандартов для Арктики сейчас задействован Институт геотехники и инженерных изысканий в строительстве, также в воссоздании системы мониторинга многолетнемерзлых пород участвует министерство по развитию Дальнего Востока и Арктики.

"Важной предпосылкой к успеху воссоздания системы мониторинга является опора на межведомственный подход, поскольку эта проблематика затрагивает широкий спектр отраслей и хозяйственной деятельности", – подчеркнул завсектором геокриологии Всероссийского НИИ гидрогеологии и инженерной геологии Владимир Дубровин.

В заседании дискуссионного клуба приняли участие более сорока человек, в том числе представители Минразвития Дальнего Востока и Арктики, Института мерзлотоведения СО РАН, Института криосферы Земли СО РАН, Кольского научного центра РАН, Геологического факультета МГУ, Научного центра изучения Арктики, НПО "Фундаментстройаркос", Института исследований и экспертизы Внешэкономбанка. Пакет подготовленных предложений будет направлен в соответствующие государственные органы.

Ссылка: https://www.vesti.ru/article/2429754

Августовский выпуск посвящён тому, как обрабатывается, анализируется и чётко представляется огромный объём информации, собранной сегодня учёными.

О проблеме данных. «Проблема данных» - это неправильное название: при существующем количестве способов сбора такого объёма данных современная наука сталкивается не с одной проблемой, а с несколькими. Где хранить все данные, - только первая из них. Затем что с этой информацией делать? Имея больше информации, чем могла бы тщательно проанализировать группа специалистов в каком-либо отдельном исследовательском проекте, учёные обращаются к машинам, способным сделать это за них.

«Я впервые столкнулся с нейронными сетями в 1980-х годах», - сказал Кирк Мартинес (Kirk Martinez), научный консультант EOS в секции информатики Геофизического союза США (AGU) и профессор Университета Саутгемптона, Великобритания. «Нейронные сети были «биологически вдохновлённым» инструментом создания алгоритмов, которые можно было бы обучить реагировать на определённые входные данные. С тех пор он превратился в часть машинного обучения, каким мы его знаем сегодня».

Исследования изменения климата являются одним из самых ясных мест, где машинное обучение будет иметь решающее значение. «В настоящее время менее 5% доступных данных наблюдений за окружающей средой используется в численных моделях земных систем», - пишут Эми Макговерн и коллеги (Amy McGovern at al.) в “Weathering Environmental Change Through Advances in Artificial Intelligence (AI)”. Последние нововведения в области методов искусственного интеллекта позволят исследователям использовать больше этих данных, но для реализации всего потенциала потребуется междисциплинарное сотрудничество для создания надлежащей инфраструктуры.

Что тогда? Жители Великих равнин США уже получают прогнозы погоды AI, дающие уведомление за 36 часов до града, пишут McGovern et al. AI наносит на карту экологические области в океане, а вскоре он сможет даже расшифровать инопланетные атмосферы, если учёные смогут преодолеть «проклятие размерности».

По словам Мартинеса, машинное обучение станет важной частью анализа данных в науках о Земле и космосе. «Это даёт нам возможность классифицировать изображения и сигналы, с которыми мы бились бы раньше», но мы также должны понимать его ограничения.

Открытия с помощью машинного обучения могут обойтись учёным дорогой ценой. Степень обработки, необходимая для этих алгоритмов, требует огромных затрат энергии, как следствие специалистам необходимы всё более мощные суперкомпьютеры. В статье «Моделирование системы Земли должно стать более энергоэффективным» Ричард Лофт (Richard Loft. Earth System Modeling Must Become More Energy Efficient) пишет об иронии создания значительного углеродного следа в построении климатических моделей, которые говорят нам, что сжигание всего этого углерода влияет на климат. Вместо этого он призывает учёных подавать пример, предлагая несколько способов обдумать - и снизить - энергетические потребности этих систем.

Что касается анализа и интерпретации данных, не пропустите материал Стефани Зеллер и Дэвида Роджерса «Визуализация науки: как цвет определяет то, что мы видим» (Stephanie Zeller and David Rogers “Visualizing Science: How Color Determines What We See”). Они пишут: «Самый эффективный кодировщик визуализации - цвет - остается недостаточно изученным», но здесь они предлагают мастерское представление многих соображений, связанных с передачей данных. Само собой разумеется, изображения, иллюстрирующие их статью, являются чрезвычайно увлекательными.

Есть надежда, что вам понравится этот выпуск, касающийся данных и машинного обучения, и что он заставит задуматься о том, как можно использовать его или улучшить его применение в своей работе.

Ссылка: https://eos.org/agu-news/the-rise-of-machine-learning

Главные темы номера:

• Росгидромет выпустил Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в РФ за 2019 год
• ВМО утончила глобальный прогноз температуры на ближайшие пять лет. Росгидромет продолжит проводить климатоохранные мероприятия с учетом новых пятилетних прогнозов ВМО
• 22-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки (экологическая, гидрометеорологическая и энергетическая безопасность)» / ICEF-2020

Также в выпуске:

• Заседание Совета по стратегическому развитию и национальным проектам
• Заседание Межведомственной рабочей группы по вопросам, связанным с изменением климата и обеспечением устойчивого развития
• Проект Стратегии развития деятельности РФ в Антарктике до 2030 года
• Президиум РАН утвердил Положение о научном совете РАН по проблемам климата Земли и его состав
• Председатель Правительства утвердил Программу развития угольной промышленности России до 2035 года
• Минэкономики предложило бизнесу проанализировать риски введения углеродного налога
• Россия сократила выбросы парниковых газов до уровня 70% к 1990 году
• Министр природных ресурсов: авария в Норильске могла случиться из-за климатических изменений
• Руководитель Росгидромета: новые острова в Арктике возникают из-за таяния ледников
• Новые публикации в российских и зарубежных научных изданиях
• Научная оценка температурных аномалий в Сибири в 2020 году
• В ООН считают, что 2020 год может войти в пятерку самых теплых в истории наблюдений
• О подготовке МГЭИК сводного шестого доклада об оценке (AR6)
• Специальное заявление ВМО в связи со Всемирным днем океана

  Текст бюллетеня