Владимир Катцов: «Арктика – это наш дом, и мы должны о нем заботиться»

Арктика – не только индикатор, но и фактор изменения климата. Одна из самых чувствительных зон планеты, где происходящие изменения выражены намного сильнее. Об этой проблеме мы побеседовали с руководителем Геофизической обсерватории имени А. И. Воейкова Владимиром Михайловичем Катцовым.

Об обсерватории

– Чем сейчас занимается обсерватория, какие задачи выполняются?

– Обсерватория, в соответствии с названием, была основана в первую очередь для наблюдения за атмосферой – температурой, осадками, ветром, давлением и т.п. Но сегодня обсерватория – далеко не только методическое руководство наблюдениями. Это научно-исследовательский институт с различными направлениями исследований атмосферы (включая ее загрязнение и химический состав) и климатической системы в целом, в том числе теоретических исследований. Значительную часть работы составляет физико-математическое моделирование климатической системы. Мы разрабатываем сложные модели, с помощью которых исследуем как вопросы, связанные с текущим состоянием климатической системы (взаимодействие ее компонентов, обнаружение и установление причин изменений), так и будущие изменения климата в результате, например, антропогенного воздействия (выбросов парниковых газов). Исследования имеют не только фундаментальные аспекты, но и прикладные. Изучаются последствия климатических изменений для различных отраслей экономики страны, их влияние на здоровье населения, в том числе в Арктике.

О моделировании и прогнозах

– Как моделирование помогает в изучении климата?

– Наша первоочередная задача – дать прогноз, точнее, как мы говорим, перспективную оценку возможных в будущем изменений климата. Эволюция климатической системы зависит от многих факторов, некоторые из которых непредсказуемы. К таким факторам относится собственная изменчивость климатической системы, не связанная с внешними воздействиями. Существует антропогенная часть эволюции климата; ее мы можем прогнозировать, исходя из некоторых соображений относительно сценариев воздействия человека на климат (например, сценариев глобального экономического развития), и количественно оценивать как изменения климата, так и их последствия. Для таких сценарных расчетов будущих изменений климата нужны физико-математические модели.

– Что такое климатическая модель и как проходит работа?

– Понятие модели имеет довольно много значений. Климатические модели, о которых мы говорим, базируются на математических уравнениях, описывающих физические законы. У этих уравнений есть неприятное свойство: они не решаются аналитическим путем, как алгебраические. Уравнения можно преобразовывать, упрощать, видоизменять для определенных ситуаций, но чтобы их решить, нужно использовать вычислительную математику – превращать дифференциальные уравнения в большие системы алгебраических уравнений, которые уже решаются аналитически. Чем более подробно мы описываем наш объект (общую циркуляцию атмосферы и океана), тем огромнее система. Такую систему нереально решить без использования мощнейших вычислительных машин. Алгебраические уравнения программируются, тогда их уже решает компьютер. По этой причине современное моделирование климата критически зависит от вычислительных ресурсов. Чтобы получать сценарные прогнозы изменений климата, нужны глобальные модели. Характерный горизонтальный размер ячейки глобальной модели для атмосферы составляет 100-200 км (есть, правда, глобальные модели и существенно лучшего разрешения, но они требуют огромных вычислительных ресурсов). Можно улучшать разрешение для регионов, представляющих особый интерес, с помощью т.н. региональных моделей, на боковых границах которых задаются результаты расчетов с глобальными моделями. Мы, например, проводим численные эксперименты с использованием разработанной в обсерватории системы глобальной и региональной климатических моделей, обеспечивающей высокое пространственное разрешение (25 км) на всей территории России. Такое пространственное разрешение позволяет более детально рассматривать различные климатические воздействия на отрасли экономики, природные системы и население нашей страны.

– Какое техническое оснащение необходимо для расчетов?

– Для серьезных численных экспериментов по оценке будущих изменений климата нужно делать ансамблевые расчеты. Это означает, что мы запускаем расчеты параллельно от разных начальных состояний, но для одинаковых внешних воздействий, чтобы получить своего рода «облако результатов», что позволяет количественно описать неопределенности сценарных прогнозов, диапазон изменчивости, в пределах которого система может пребывать с разной вероятностью.

Сейчас у нас, к сожалению, не очень сильная собственная техника – иногда результатов приходится ждать долго, даже для небольших расчетов. Нужны более серьезные мощности. Недавно в Главном вычислительном центре Росгидромета (в Москве) была закуплена машина мощностью 1,2 петафлопс (1 петафлопс = 1000 триллионов операций над числами с плавающей точкой в секунду). Главная задача, которую решает компьютер, – это оперативный прогноз Гидрометцентра России. Именно такое оборудование нужно для решения наших климатических задач. Покупка, содержание и обслуживание такого весьма дорогостоящего компьютера, конечно, не по силам одной обсерватории. Чтобы решить проблему, организуются центры коллективного пользования.

Климат и Арктика

– Каковы положительные стороны изменения климата?

– Воздействия климата могут быть разными. Изменения климата в основном трактуются как негативные. Это совершенно справедливо, потому что с изменением климата возникает много опасностей и рисков. Но есть и позитивные вещи. Для России общая картина неоднозначна, что отмечается, кстати, в Климатической доктрине Российской Федерации. Например, для нашей северной страны среди позитивных изменений можно отметить смягчение суровых климатических условий. Северный морской путь с точки зрения транспорта – очевидная экономия, преимущество и конкурентоспособность. С другой стороны, есть много и негативных обстоятельств, в том числе опасность загрязнения. Еще пример – две трети территории нашей страны находятся в зоне многолетней мерзлоты, с изменением климата она деградирует, что не может не отражаться на зданиях и транспортной инфраструктуре. И есть множество других важных вопросов, связанных с изменениями климата на огромной территории нашей страны.

– Какие природные процессы способствуют повышению температуры?

– В климатической системе действуют так называемые обратные связи. Они бывают положительными или отрицательными. Положительная обратная связь – когда следствие усугубляет причину. Иными словами, неустойчивое состояние. Хорошо изученным феноменом, например, является положительная обратная связь между потеплением и ростом содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар – важнейший парниковый газ. Теплеющая атмосфера способна удерживать все большее количество водяного пара, а растущая концентрация водяного пара приводит к дальнейшему потеплению. Намного больше вопросов связано, например, с положительной обратной связью между потеплением климата и естественной эмиссией содержащих углерод парниковых газов в результате таяния многолетней мерзлоты. В мерзлоте содержится большое количество углерода, значительно превышающее его современное содержание в атмосфере. В результате потепления и деградации мерзлоты он попадает в атмосферу и вносит вклад в усиление парникового эффекта, который усугубляет потепление. Оценки того, насколько значителен этот эффект, разнятся от скептических до катастрофических. По некоторым осторожным оценкам, он может стать действительно угрожающим в отдаленной перспективе – за пределами XXI века. Это – часть весьма актуальной фундаментальной научной проблемы, связанной с количественной оценкой источников и стоков парниковых газов в климатической системе.

– Как нам адаптироваться к изменениям климата?

– Существует уже неизбежная часть изменения климата, которая нас ожидает и к которой нужно быть готовыми. Между тем наблюдаемые изменения наиболее важных характеристик регионального климата дают основания считать, что и в России, и в мире нарастает так называемый дефицит адаптации к изменениям климата, прежде всего к экстремальным погодно-климатическим воздействиям. Между тем расчеты с помощью современных сложных климатических моделей уверенно указывают на ухудшение в будущем статистики некоторых видов экстремальных явлений, например волн тепла. Поэтому адаптация должна быть проактивной, упреждающей. С помощью климатических моделей мы пытаемся количественно оценить, чего можно ожидать от климата в ближайшие десятилетия, чтобы к этому быть готовыми. Мы, разумеется, не даем рекомендаций строителям, как строить и из каких материалов. Но мы говорим о том, что через какой-то промежуток времени могут произойти определенные климатические изменения и как это может отразиться, например, на диапазоне изменчивости климатических характеристик – температуры, осадков и т.д., на его экстремальности, и это нужно принимать в расчет при строительстве. Особенно это касается объектов, которые рассчитаны на долгую перспективу – дома, мосты, дороги, трубопроводы.

– Влияет ли антропогенный фактор на изменение климата?

– Современная наука однозначно указывает на возрастающую роль антропогенного фактора в эволюции климатической системы. Большая часть глобального потепления, наблюдаемого с середины XX века, связана с хозяйственной деятельностью человека. Наше воздействие на климат с высокой вероятностью будет усиливаться на фоне естественной изменчивости климатической системы, которая никуда не исчезает. Кстати, важно отметить: до определенного момента парниковый эффект абсолютно благотворен для жизни на нашей планете. Если бы не было парникового эффекта, средняя глобальная температура была бы минус 18°C, а не плюс 15°C, как теперь. Но быстрое повышение концентрации парниковых газов (концентрация CO2 за последние всего лишь сто лет выросла на треть – до беспрецедентных за последние 800 тысяч лет значений, преодолев в 2015 г. психологически важный рубеж в 400 частиц на миллион) становится опасным. Особенно для некоторых регионов планеты. К таким наиболее уязвимым регионам мира относится Арктика. Здесь изменения климата происходят особенно быстро, оставляя мало шансов экосистемам и коренному населению на адаптацию.

– Какие естественные процессы влияют на изменения климата?

– Помимо собственной, не связанной с внешними воздействиями изменчивости климатической системы, существуют такие естественные факторы, как колебания орбитальных параметров Земли, колебания солнечной активности, крупные извержения вулканов. Все эти факторы определяют количество солнечного тепла, поступающего к поверхности Земли. Изменение глобального климата определяется в основном тремя составляющими: сколько коротковолновой радиации пришло от Солнца к верхней границе атмосферы (это как раз определяется излучением Солнца и положением Земли на орбите); какая ее часть отразилась облаками, атмосферным аэрозолем (естественным или антропогенным) и поверхностью Земли (особенно высока отражательная способность снега и льда), и какая часть длинноволнового излучения нагретой поверхностью была удержана парниковыми газами в тропосфере и не ушла в космос.

– В интернете много информации о стремительно тающих арктических льдах. Наиболее апокалипсическая теория – уже к 2030 году арктический лед начнет полностью исчезать на летний период. В какой степени это мифы, а в какой – правда?

– Никаких мифов. Площадь морских льдов в Арктике в последние годы действительно демонстрирует быстрое сокращение. С 1979 года, с момента появления первых спутников, которые дают нам наиболее полную информацию о площади льда, мы наблюдаем значительное сокращение льда в его минимуме – в сентябре, а это означает, что сокращается многолетний лед. За период спутниковых наблюдений площадь сентябрьского минимума морского льда в Арктике сокращалась со скоростью 13,2% за десятилетие. Зимний лед сокращается медленнее, но в 2018 году был установлен очередной рекорд. Мы следим за тенденциями, конечно, а не за рекордами, но рекорды фиксируются довольно часто. При наблюдаемых тенденциях и с учетом модельных прогнозов вероятность практического исчезновения многолетнего льда в Северном Ледовитом океане достаточно высока. Разумеется, сезонный морской лед в Арктике, даже при жестких сценариях антропогенного воздействия на климат, сохранится. Но это будет уже совсем «другая» Арктика.

Температура в Арктике тоже быстро растет, быстрее средней глобальной. С середины 1970-х годов глобальное потепление нарастало со скоростью 0,17°C за десятилетие. Средняя температура по территории России росла на 0,46°C за десятилетие, а в Арктике – на 0,75°C. На Таймыре изменения составили 0,9°C за десятилетие. Такие изменения не могут не вызывать серьезной озабоченности.

Политика и экономика

– Ни одна страна не в состоянии решить проблему освоения Арктики в одиночку. Но Россия – один из ведущих игроков. В силу хотя бы географической, территориальной близости и, как следствие, влияния Арктики на нашу страну – от климата до безопасности. Что может Россия в одиночку, для чего обязательна международная кооперация? С какими странами мы сотрудничаем?

– С самого своего основания обсерватория была интегрирована в мировое профессиональное сообщество. Мы были в числе организаторов Первого Международного полярного года, который был удачным опытом объединения усилий десятка стран в исследованиях Арктики. Обсерватория стояла у истоков Всемирной метеорологической организации (ВМО) – директор обсерватории Генрих Вильд на протяжении долгого периода (1879-1896 гг.) был президентом Международной метеорологической организации, которая в середине XX века трансформировалась в ВМО. С учреждением Научно-исследовательского института Арктики и Антарктики (ААНИИ) основной вес международного сотрудничества СССР, а потом и России в исследованиях Арктики, естественно, переместился туда. Но обсерватория, конечно, не «ушла» из Арктики, мы продолжаем исследования, которые теперь, по большей части, носят теоретический характер. В рамках ВМО сейчас функционирует система полярных климатических центров с разделением функций. Один из таких центров базируется в ААНИИ, а несколько институтов Росгидромета, включая обсерваторию, вносят свой вклад в его работу. Подобные центры есть в Канаде и в Норвегии. Определенное научное взаимодействие между арктическими странами происходит и под эгидой Арктического Совета, в том числе в области исследований и оценки состояния климатической системы в Арктике. Международное сотрудничество, конечно, в Арктике важно, учитывая, насколько это сложный, с точки зрения климатических условий, регион. К сожалению, международная обстановка в последние годы не благоприятствует развитию научного сотрудничества в Арктике.

– Какую угрозу мы представляем для Арктики?

– Расширяя наше присутствие и активность в Арктике, мы должны предусмотреть всевозможные последствия расширения. С одной стороны, связанные со смягчением климата в регионе новые возможности для экономики воодушевляют. С другой стороны, риск экологического ущерба, связанного, например, с добычей и транспортировкой полезных ископаемых, чрезвычайно высок. То есть помимо непосредственного воздействия изменения климата, хрупкие экосистемы Арктики оказываются под угрозой еще одного, возможно, более губительного, экологического стресса. Этого, конечно, допустить нельзя. В проблеме освоения Арктики нет мелочей. И в авангарде этого освоения должна находиться наука, обеспечивающая соблюдение заложенных в Климатической доктрине принципов политики в области климата, в том числе – принципа предосторожности. Большая часть Арктики является нашей территорией – это наш дом, и мы должны беречь его.

Ссылка: https://www.if24.ru/vladimir-kattsov-arktika/