По мнению исследователей Лондонской школы экономики и политических наук, изменение климата в ближайшее время станет основным полем юридических битв. Тенденция последнего десятилетия показывает, что ежегодно будут происходить порядка 1000 судебных процессов, связанных с климатическими изменениями. Швейцарская финансово-консалтинговая компания Carbon Delta собрала крупнейшую базу данных судебных исков об изменении климата. Она включает более 1200 дел. Все больше людей, организаций и стран используют средства правовой защиты, поскольку последствия антропогенного изменения климата продолжают оказывать влияние на социальную, экономическую и экологическую сферы жизни. Авторы доклада отмечают, что последствия изменения климата налагают повышенную ответственность на бизнес, и инвесторы должны учитывать при принятии решений. Корпорации, правительства и инвесторы все больше осознают влияние физических и политических рисков, но правовой риск из года в год становится настолько существенным, что его нельзя недооценивать.
В РФ начинается разработка долгосрочной стратегии развития с низким уровнем выбросов парниковых газов. Эксперты говорят об уникальности российской ситуации — прежде всего, из-за зависимости от экспорта ископаемого топлива и энергоемких промышленных товаров. Они подчеркивают — основным стимулом для снижения эмиссии в РФ должна стать диверсификация экономики в условиях потенциально снижающегося спроса на углеводородные ресурсы в мире.
Согласно расчетам ученых Массачусетского технологического университета, из-за использования одной полноценной модели искусственного интеллекта производится в 5 раз больше вредных выбросов, чем за весь срок службы среднего американского автомобиля. Высокое энергопотребление моделями ИИ может стать одной из главных причин изменения климата и глобального потепления. «При отсутствии значительных инноваций в области используемых материалов, разработки и производства микросхем, энергия, потребляемая дата-центрами, связанными с алгоритмами искусственного интеллекта, может достигнуть 10% мирового потребления к 2025 году», - такого мнения придерживается Г.Дикерсон, гендиректор Applied Materials.
Физики из Национального института стандартов и технологий (NIST, США) обнаружили неучтенный источник погрешностей в экспериментах по измерению сечения поглощения углекислого газа: оказалось, что ошибки в основном обусловлены нелинейностью устройств для оцифровки аналогового сигнала. Откалибровав их, ученые уменьшили относительную погрешность в 25 раз и довели ее до ε ≈ 0,06 процента. Благодаря этому результату ученые смогут точнее измерять концентрацию углекислого газа — главной причины парникового эффекта в атмосфере Земли. Статья опубликована в Physical Review Letters, кратко о ней сообщает Physics.
Как правило, химический состав далеких объектов ученые определяют с помощью спектроскопии — измеряют характерную длину и интенсивность электромагнитного излучения, испускаемого объектом, а потом сравнивают их с эталонными значениями. В частности, с помощью этого способа астрономы измерили химический состав Солнца и далеких звезд, ограничили изотопный состав Солнечной системы и наблюдаемой Вселенной. Кроме того, с помощью спектроскопа ученые наблюдают, как атмосфера Земли насыщается парниковыми газами. Предполагается, что при достаточно высокой точности этого метода даже можно отследить перемещение газов по атмосфере.
К сожалению, на практике точность измерительных приборов не дотягивает до требуемого значения. Основным источником погрешности в данном случае являются не приборы сами по себе, а формула, по которой спутник рассчитывает концентрацию газа. В эту формулу входит четыре величины, которые можно измерить на практике — давление, температура, толщина и прозрачность газового слоя, — а также сечение поглощения газа, которое зависит только от строения его молекул. Грубо говоря, сечение поглощения описывает, как газ взаимодействует с излучением на разных длинах волн. К сожалению, рассчитать эту величину теоретически, равно как и измерить ее в прямом эксперименте, очень сложно. Поэтому для большинства парниковых газов сечение поглощения известно с погрешностью около одного процента. Чтобы следить за перемещением парниковых газов по атмосфере, нужно понизить эту погрешность как минимум в десять раз.
Группа физиков под руководством Джозефа Ходжеса (Joseph Hodges) придумала, как уточнить сечение поглощения углекислого газа, и снизила его погрешность до приемлемых 0,06 процента. Для этого ученые измерили состав эталонного образца «южноокеанического воздуха» (Southern Oceanic Air) — смеси O2 и CO2, в одном моле которой содержится 3,88×10−4 молей углекислого газа. Состав смеси ученые измеряли с помощью трех CRDS-спектрометров (Cavity ring-down spectroscopy). В сумме эксперименты продлились более одного года.
Схема измерения сечения поглощения углекислого газа с помощью CRDS-спектрометра
Adam Fleisher et al. / Physical Review Letters, 2019
Довольно быстро ученые обнаружили, что основную погрешность в измерения приборов вносят дискретизаторы — приборы, которые оцифровывают аналоговый сигнал от оптического резонатора. В идеале отклик такого прибора должен быть линейным, однако на практике он отклонялся по неизвестному степенному закону, уникальному для каждого прибора. Поэтому ученые откалибровали приборы с помощью эталонного дискретизатора, в линейности которого сомнений не было, и повторили измерения, устанавливая на каждый спектрометр различные комбинации приборов. Отклонения от линейности приборов при этом компенсировались программно.
Затем исследователи измерили концентрацию молекул CO2 при шести различных комбинациях спектрометров и дискретизаторов и усреднили результат. Считая, что систематические погрешности каждого из экспериментов не были скоррелированы между собой, ученые рассчитали относительную статистическую погрешность этого значения, которая составила εA ≈ 0,059 процента. Кроме того, физики учли, что концентрация углекислого газа в эталонном образце может отклоняться от заявленной (εB1 ≈ 0,013 процента), а скорректированный отклик дискретизаторов все еще может отклоняться от линейного (εB2 ≈ 0,002 процента). Итоговая относительная погрешность составила примерно ε ≈ 0,06 процента. Это в шесть раз меньше, чем погрешность значения, рассчитанного с нескорректированными дискретизаторами (ε ≈ 0,4 процента), и в 25 раз меньше, чем погрешность табличного значения (ε ≈ 2 процента). Средние значения величин, разумеется, во всех случаях совпадали.
Отклонение скорректированных (синие точки) и нескорректированных (оранжевые точки) результатов измерений от усредненного значения. Пунктирными линиями показана граница 1σ
Adam Fleisher et al. / Physical Review Letters, 2019
Авторы статьи отмечают, что учет обнаруженной систематической ошибки позволит уточнить сечение поглощения остальных парниковых газов — а следовательно, почти так же заметно увеличит точность измерения их концентрации. Это позволит не только следить за производством, миграцией и утилизацией парниковых газов в атмосфере Земли, но и искать биомаркеры в атмосферах экзопланет. Более того, ученые считают, что надежные линейные дискретизаторы пригодятся при разработке новой международной системы единиц.
Несмотря на соглашения, призванные уменьшить выброс парниковых газов в атмосферу, концентрация углекислого газа продолжает неуклонно расти. В частности, в мае этого года концентрация впервые в истории человечества превысила 415 миллионных долей по объему. Проверить, что вы знаете о парниковых газах, можно в тесте «Максимальная концентрация». А узнать об исследованиях климатического прошлого Земли можно в материале «Возможны осадки в виде изотопов».
Европейское космическое агентство показало, как выглядит рекордно жаркая погода в Европе из космоса. Снимок опубликован на сайте международной организации.
Изображение основано на данных с радиометра Sentinel-3, полученных в четверг, 25 июля. На нем показана температура Земли. Судя по кадру, наиболее сильная жара наблюдается на территории Италии, Испании и Франции.
25 июля на Европу обрушилась новая волна теплого воздуха, которая повысила температуру до рекордных значений. Так, по данным метеорологической службы Германии, в этой стране термометры показали плюс 40,5 градуса по Цельсию. Национальный рекорд тепла зафиксирован также в Нидерландах (41,7 градуса), Бельгии (40,2 градуса) и Франции (40,6 градуса).
Как сообщало агентство Bloomberg, аномально жаркая погода привела к закрытию атомных станций и взвинтила цены на электричество во Франции. В Германии засуха спровоцировала лесные пожары и падение уровня рек. Это поставило под угрозу некоторые отрасли сельского хозяйства.
28 июня в ООНпредупредили, что 2019 год окажется одним из самых жарких, а период с 2015-го по 2019 год побьет рекорд по самым высоким средним температурам воздуха за всю историю наблюдения. Причиной такой погоды стали две области высокого давления над Гренландией и северо-центральной Европой. Они блокируют циклон, который мог бы охладить воздух. В результате возникает шлейф горячего воздуха, тянущийся из пустынь.
Несмотря на значительные усилия, направленные на смягчение последствий изменения климата, вероятность возникновения экстремально жарких явлений в будущем, по прогнозам, возрастёт. На севере Евразии разница в летней приземной температуре воздуха в 2000-х и 1980-х годах имеет чёткие пространственные различия. Два региона с заметным увеличением приземной температуры находятся в районе Восточно-Европейской равнины и Центральной Сибири-Монголии, в то время как на Западно-Сибирской равнине изменения приземной температуры были невелики. В западной части России и в Центральной Сибири – Монголии случаи экстремальной жары происходили с большей частотой, чем в прилегающих районах. Тем не менее, остаются вопросы, касающиеся движущих факторов - как недавнего изменения летней приземной температуры, так и возникновения экстремально жарких условий в региональном масштабе. Авторы рассматривают основные факторы, изменяющие летнюю температуру приземного воздуха над северной Евразией. Проанализирован набор данных, полученный из эксперимента со 100 членами ансамбля, который называется «База данных для принятия политических решений в целях будущего изменения климата» (d4PDF, Методы). Этот набор включает интегрирование на 60-летний период (1951–2011 гг.) с использованием модели общей циркуляции атмосферы MRI-AGCM3.2, имеющей пространственное разрешение ~60 км, с учётом наблюдаемой температуры поверхности моря, морского льда, а также естественного и антропогенного воздействия.
Создание точной климатической модели, достаточно мощной, чтобы охватить всю Землю, является главной целью, к которой давно стремились учёные. Хотя современные технологии и знания по-прежнему не позволяют даже самым лучшим моделям описать всю сложность климата планеты, это остаётся конечной целью для модели энергетической системы Земли.
Осадки - один из наиболее сложных аспектов моделирования климата, поэтому точность, с которой они моделируются, часто называют барометром качества прогнозирования климата. Недостатком современных моделей климата является невозможность точного прогнозирования суточных осадков. Над сушей суточный цикл осадков интенсивный: когда Солнце нагревает землю, температура воздуха у поверхности быстро увеличивается, создавая столбы восходящего горячего воздуха, образующие конвекционные ячейки в атмосфере. Этот процесс приводит к образованию больших кучевых облаков, которые могут инициировать сильные грозы и обильные осадки. Эти штормы, как правило, происходят в конце дня, после того как конвекция имела место в самую тёплую часть дня. Между тем, океан нагревается гораздо медленнее, чем суша, поэтому суточные циклы осадков над водой намного слабее; большая часть осадков выпадает незадолго до рассвета и определяется рядом факторов.
Большинство современных моделей климата не очень хорошо отражают эти процессы суточного масштаба: над сушей выпадение осадков в моделях имеет тенденцию приходить слишком рано днём; над океаном пик осадков приходится на около 2 ч. ночи по местному времени, а не с 4 до 6 ч. В новом исследовании Се с соавторами (Xie et al.) предложили модификации модели энергетической системы Земли, которые, по-видимому, улучшают способность модели фиксировать цикличность суточных осадков. Два нововведения исследователей фокусируются на процессах, которые вызывают конвекцию в модели.
Во-первых, они решили проблему дневных осадков, возникающих слишком рано, добавив новое ограничение, называемое динамической конвективной доступной потенциальной энергией, которое контролирует, насколько легко и часто происходят осадки. В сущности, оно позволяет конвекции накапливать потенциальную энергию в течение дня, но сдерживает дождь. Это помогает исключить случаи, когда модель часто прогнозировала слишком большое количество осадков с низкой интенсивностью вместо меньшего с обильными осадками в конце дня. Значительное улучшение связано с уменьшением того, насколько сильно конвекция связана с нагревом поверхности.
Вторая модификация модели также сфокусирована на конвекции. Названная неограниченным уровнем запуска воздушного участка, корректировка ослабляет ограничение в модели, которая ранее предписывала, что конвекция всегда имеет место вблизи Земли - в пограничном слое. В этом слое, действительно, происходит бо́льшая часть атмосферной конвекции, но указанная корректировка позволяет модели улавливать атмосферную нестабильность над пограничным слоем, что может быть ключевым для прогнозирования высокогорных ночных конвективных систем. Ночные грозы распространены во многих областях, таких как Великие равнины, которые находятся ниже по течению от больших горных цепей и, по-видимому, зависят от конвекции, возникающей над пограничным слоем.
С этими двумя изменениями модель энергетической системы Земли не улучшила свои прогнозы среднего количества осадков по всему земному шару, но продемонстрировала существенные улучшения в прогнозировании сроков выпадения осадков, особенно в его способности точно фиксировать суточный цикл. Улучшение представляет собой важный шаг вперед и приближает на один шаг к важному этапу в моделировании климата.
Температурные изменения в XX веке впервые за последние две тысячи лет охватили 98 процентов поверхности Земли, говорится в статьях, опубликованных в Nature и Nature Geoscience. До этого потепления и похолодания происходили в разных регионах планеты в разное время, то есть климатические изменения не были глобальными, выяснили авторы.
За последние две тысячи лет известны несколько эпох резких климатических колебаний. Это, например, Малый ледниковый период, который продолжался примерно с 1300 по 1850 годы. В последние несколько десятилетий этот термин часто используется для обозначения продолжительного похолодания практически планетарного масштаба. Менее известен средневековый теплый период (средневековый климатический оптимум), который длился с 800 по 1200 годы. В первые века нашей эры случился Римский климатический оптимум — сравнительно короткий период потепления, за которым наступило похолодание раннего Средневековья, продолжавшееся примерно до 750 года.
Климатолог Рафаэль Нойком (Raphael Neukom) из Бернского университета и его коллеги из консорциума PAGES 2K, члены которого занимаются палеоклиматическими реконструкциями, решили проверить предположение, действительно ли эти и другие климатические изменения за последние 2 тысячи лет происходили в глобальном масштабе. Исследователи, используя семь статистических моделей, построили температурные реконструкции за период с 1 по 2000 годы нашей эры, используя данные, собранные консорциумом. В их числе были письменные свидетельства, соотношения изотопов кислорода и водорода в озерных и морских отложениях, гляциологические данные, годовые кольца деревьев, состав ископаемых кораллов и спелеотерм (карбонатных образований в пещерах).
Анализ данных показал, что до XX века все климатические изменения не происходили одновременно на всей планете. Потепления и похолодания случались в разных регионах в разное время. В 84 процентах случаев пики потепления или похолодания продолжительностью 51 год случались менее чем в половине регионов планеты. Так, в течение Малого ледникового периода наибольшее понижение температуры поверхности земли в центральном и северном Тихоокеанском регионе, по-видимому, произошло в XV веке, в северо-западной Европе и на северо-востоке Северной Америки пик похолодания пришелся на XVII век, а в остальных регионах — на начало XIX века.
В то же время в XX веке повышение температуры произошло на 98 процентах поверхности планеты, за исключением внутренних областей Антарктиды. Ученые увидели два долговременных периода потепления. Один начался в начале XX века и, по мнению авторов, был результатом антропогенного воздействия и природных аномалий. Второй, современный период, начался в середине 1970-х годов и продолжается по сей день. Температурные тренды, наблюдавшиеся в XX веке, уже вышли за пределы температурных изменений в до-индустриальные периоды. По мнению авторов, это свидетельствует о том, что текущие изменения климата вызваны антропогенным воздействием.
«Эта статья должна, наконец, остановить людей, которые утверждают, что современное изменение климата является частью климатического цикла. Эта статья показывает действительно большую разницу между изменениями климата, случавшимися в прошлом, и глобальным эффектом антропогенного воздействия», — говорит не участвовавший в исследовании климатолог Марк Маслин (Mark Maslin) из Университетского колледжа Лондона.
Недавно климатологи с помощью компьютерного моделирования показали, что концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла максимума за последние три миллиона лет, а глобальная средняя температура в 2018 году превышала среднюю температуру за 1850-1900 годы на 0,99±0,13 градуса Цельсия.
В ожидании очередной волны тепла и рекордно высоких температур правительственные учреждения выпустили предупреждения, которые могут быть зловещими. «Гнетущая и опасная жара» предупредила Национальная служба погоды. «Чрезмерная жара, «тихий убийца», - повторил пресс-релиз Национального управления океанических и атмосферных исследований. «Экстремальная жара опасна», - написал в твиттере Департамент по чрезвычайным ситуациям Нью-Йорка. Люди имеющие проблемы со здоровьем, пожилые люди и маленькие дети особенно подвержены воздействию сильной жары. Это угроза, растущая по мере изменения климата.
«Чтобы понять, как изменение климата увеличивает частоту тепловых волн, необходимо рассматривать температуру Земли как кривую, похожую на колокольчик» - сказал Майкл Манн (Michael Mann), директор Государственного научного центра по изучению системы Земли в Пенсильвании. Изменение климата смещает эту «кривую колокольчика» в сторону более горячей части температурной шкалы. Даже небольшое смещение в центре означает, что бо́льшая часть кривой касается экстремальной части температурной шкалы. «Итак, вы знаете, что потепление на 1 градус Цельсия, которое мы видели до сих пор, может привести к 10-кратному увеличению частоты 100-градусных дней (по Фаренгейту или 37,8°С) в Нью-Йорке, например», - сказал М. Манн. Согласно Программе исследований глобальных изменений в США (U.S. Global Change Research Program), с 1960-х годов в 50 крупных американских городах среднее число периодов сильной жары, определяемой как два или более последовательных дня, когда дневные минимумы превышали исторические температуры июля и августа, утроилось. К 2010-ым годам среднее число тепловых волн возросло со среднего значения два в год в 1960-х годах до нынешних почти шести в год.
Существует также другой путь усугубления ситуации за счёт изменения климата - посредством изменения струйных течений. Эти воздушные потоки в атмосфере способствуют изменениям метеорологических условий, они управляются перепадом температур, который сокращается. Поэтому, когда приходят волны тепла, они дольше остаются на месте.
«Мы разогреваем Арктику быстрее, чем остальные регионы в северном полушарии», - сказал М. Манн. «Таким образом, этот температурный градиент уменьшается от субтропиков к полюсу, и именно этот температурный градиент управляет струйным потоком». В то же время при определённых обстоятельствах струйное течение может «застрять» между атмосферной стеной в субтропиках и в Арктике, сохраняя над регионом стабильную метеорологическую обстановку. «Именно тогда вы получаете эти рекордные погодные явления», - сказал д-р Манн, - «не только беспрецедентную волну жары и засуху, но и пожары, и наводнения. Это объясняет европейские волны тепла летом прошлого года, а также недавнюю, как и текущую волну в Северной Америке».
Согласно оценкам общенациональной программы исследований глобальных изменений в США, сегодня период времени, в течение которого, как ожидается, могут возникать волны тепла, на 45 дней длиннее, чем в 1960-е годы.
По данным Центров по контролю и профилактике заболеваний, которые в наибольшей степени используют методы, соответствующие мировым стандартам, в настоящее время холодная погода убивает больше людей, чем жаркая. Однако по мере повышения глобальной температуры число смертей, связанных с сильным похолоданием, по прогнозам, уменьшится. В то же время число смертей, обусловленных сильной жарой, будет увеличиваться. И число таких смертельных исходов, согласно Национальной Оценке Климата (National Climate Assessment), превысит снижение смертности от сильной простуды, что означает общее увеличение смертности.
Возможность обрушения ледяного щита Антарктики остаётся крупнейшим источником неопределённости в прогнозах будущего повышения уровня моря. Эта неопределённость обусловлена несовершенством понимания процессов и внутренней изменчивости климатического воздействия на ледяные щиты. Используя математический аппарат статистической физики и большие ансамбли результатов современных модельных расчётов ледяного покрова, авторы показали, что обрушение ледяных щитов расширяет диапазон возможных сценариев будущего повышения уровня моря. Они также обнаружили, что разрушение морских ледяных щитов делает сценарии быстрого повышения уровня моря в будущем более вероятными.
Повышение уровня моря может значительно ускориться, если морские ледовые щиты станут нестабильными. Если такая нестабильность произойдёт, в будущих прогнозах повышения уровня моря будет существовать значительная неопределённость из-за несовершенства в моделировании процессов в ледниковом покрове и непредсказуемой изменчивости климата. Авторы использовали математические и вычислительные подходы для идентификации процессов в ледниковом щите, приводящих к неопределённости в прогнозах изменения уровня моря. Используя стохастическую теорию возмущений из статистической физики в качестве инструмента, они математически показали, что нестабильность морского ледяного покрова значительно усиливается и искажает уровень неопределённости в прогнозах изменения уровня моря, причём в наихудших сценариях быстрое повышение уровня моря более вероятно, чем медленное в наилучших сценариях. Авторы также проанализировали большой ансамбль модельных результатов для ледника Туэйтс (Thwaites), морского ледника в Западной Антарктике, который считается нестабильным. Это ансамблевое моделирование показывает, что неопределённость, связанная исключительно с внутренней изменчивостью климата, может составлять значительную долю общих ожидаемых потерь льда ледником Твайтс. Авторы пришли к выводу, что одна только внутренняя изменчивость климата может быть причиной значительной неопределённости в прогнозах повышения уровня моря и что большие ансамбли являются необходимым инструментом для количественного определения верхних границ этой неопределённости.
