Что ожидает нас в XXI веке: дальнейшее потепление или похолодание климата?


What expect us in XXI centure: further heating or cooling of climate?

Титов В.Б., Кузеванова Н.И.

  Vitaliy B. Titov, Natalya I. Kuzevanova
 

Институт океанологии имени П.П. Ширшова РАН (Москва, Россия)
 

Shirshov Institute of Oceanology RAS, Southern Branch (Moscow, Russia)
 

УДК 551.582.2

Рассматриваются и сопоставляются естественные и антропогенные причины колебаний глобальной температуры воздуха. Проведен анализ интенсивности солнечной активности за последние 300 лет, сделан прогностический расчет солнечного излучения на перспективу до 2100 года. Получены качественные оценки ожидаемых изменений глобальной температуры в текущем столетии.

Ключевые слова: глобальное потепление климата; глобальное похолодание климата; антропогенный фактор; парниковые газы; гелиофизические факторы; геофизические факторы; астрономические факторы.

The natural and anthropogenic factors of global air temperature oscillations are examined and compared. The analysis of solar radiation intensity for the last 300 years was observed, the prediction of solar activity on the period until 2100 year was carried out. Quality estimates of expected global air temperature variations in the current century were received.

Keywords: global warming; global cooling; anthropogenic factor; greenhouse gases; heliophysics factors; geophysical factors; astronomical factors.

Глобальное потепление климата, особенно за последние 20–30 лет, вызывает серьезную обеспокоенность мирового сообщества, т.к. последствия потепления чреваты серьезными природными катаклизмами (таяние полярных льдов, подъем уровня Мирового океана, затопление больших площадей низменных участков суши, усиление засух и т.д.).

Данная обзорная статья представляет собой анализ и сопоставления причин колебаний глобальной температуры воздуха, а также прогностический расчет солнечного излучения на перспективу.

Мнения ученых о причинах и дальнейшей тенденции изменения климата (потепление или похолодание?) диаметрально противоположны. Одна группа ученых считает (Мелешко и др., 2008; Мохов, Смирнов, 2009), что причиной потепления является антропогенный фактор: увеличение концентрации парниковых газов (в первую очередь, СО₂) в атмосфере Земли за счет антропогенных выбросов в связи с увеличением сжигания топлива. Считается, что увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере задерживает (поглощает) тепловое (длинноволновое) излучение Земли, следствием чего является повышение температуры воздуха. Главным аргументом в пользу антропогенного фактора потепления климата является корреляция между увеличением содержания СО₂ в атмосфере Земли, что считается связанным с деятельностью человека (увеличение сжигания органического топлива), и повышением температуры воздуха. В связи с этим, для предотвращения дальнейшего потепления климата, был разработан Киотский протокол (1997 г.), призывающий промышленно развитые страны сократить выбросы парниковых газов в атмосферу (Будыко и др., 1992; Dzyuba, Panin, 2007; Мелешко и др., 2008; Груза, Ранькова, 2009; Мохов, Смирнов, 2009).

Другая группа ученых объясняет потепление климата не антропогенными, а естественными внешними факторами: гелиофизическими, геофизическими, астрономическими (Кондратьев, 1992; Vakulenko et al., 2004; Даценко и др., 2004; Кондратьев, Матвеев, 2005; Монин, Сонечкин, 2005; Абдусаматов, 2009; Сорохтин, 2010). Противники версии антропогенного потепления и сторонники воздействия внешних факторов приводят в пользу своей версии потепления следующие аргументы:

1. Межвековые и внутривековые потепления и похолодания наблюдались в истории климата неоднократно, когда антропогенное воздействие полностью отсутствовало. За последние 7500 лет было 18 глубоких потеплений и похолоданий климата с периодом порядка 200 лет (Борисенков,1988; Иванов, 2002; Даценко и др., 2004; Абдусаматов, 2009).

2. Анализ дендрологических и гляциологических данных свидетельствует о том, что максимумы концентрации СО₂ не предшествовали максимумам температуры, а, наоборот, отставали от них по времени в среднем на 200–800 лет. Следовательно, увеличение концентрации СО₂ – не причина, а следствие потепления (Vakulenko et al., 2004; Абдусаматов, 2009). И связано это увеличение СО₂ не с антропогенной деятельностью, а с дегазацией вод Мирового океана*, в котором содержание СО₂ в 90 раз больше, чем в атмосфере Земли (Абдусаматов, 2009; Сорохтин, 2010).

3. Способность задерживать (поглощать) длинноволновое излучение Земли у парниковых газов, в частности у СО₂, в 100–1000 раз меньше, чем у водяного пара (облачность) (Кондратьев, Матвеев, 2005). Поэтому даже многократное увеличение содержания СО₂ в атмосфере не способно привести к существенному потеплению.

4. Межвековые и внутривековые колебания глобальной температуры воздуха имеют циклический характер (последовательная смена потеплений и похолоданий), а антропогенное потепление – монотонно возрастающий ход. При этом влияние медленного (антропогенного) повышения температуры воздуха (тренд) 0,6–0,8°С за 100 лет на один–два порядка слабее циклических колебаний температуры между ее холодными и теплыми циклами (Даценко и др., 2004).

* Дегазация происходит вследствие повышения температуры воздуха и поверхностного слоя воды в океане.

Сопоставление приведенных выше аргументов сторонников антропогенного и естественного потепления климата позволяет отдать предпочтение версии о естественных колебаниях климата под воздействием внешних факторов. Антропогенная версия потепления не в состоянии объяснить многие характерные черты колебаний климата, в частности его циклический характер, запаздывание (а не упреждение) максимумов концентрации СО₂ относительно максимумов температуры и др. (Vakulenko et al., 2004; Монин, Сонечкин, 2005).

Рассмотрим главный внешний (гелиофизический) фактор термического воздействия на нашу планету – солнечное излучение. Поток солнечного излучения непостоянен. Изменчивость солнечной радиации, выражаемая количеством солнечным пятен (числа Вольфа W), испытывает квазипериодические колебания с периодами от 8 до 15 лет и средним периодом 11 лет (цикл Швабе). С учетом изменения знака магнитной полярности каждые два 11-летних цикла образуют 22-летние периоды колебаний (циклы Хейла). Кроме того, существуют внутривековые колебания с периодом порядка 60 лет (Даценко и др., 2004; Монин, Сонечкин, 2005; Бялко, 2009) и многовековые колебания с периодами порядка 19 000, 23 000, 41 000 и 100 000 лет (циклы Миланковича).

Реакция температуры воздуха на внутривековые колебания солнечного излучения неоднозначна. Коротковолновая солнечная радиация практически беспрепятственно проникает через атмосферу к поверхности Земли. Излучаемая же Землей длинноволновая радиация в значительной мере поглощается парниковыми газами и перераспределяется в атмосфере ее циркуляционными механизмами, создавая региональные особенности термического режима. Благодаря циркуляционным механизмам атмосферы, на фоне общего глобального потепления встречаются регионы, где потепление отсутствует или даже наблюдается некоторое похолодание (Иванов, 2002).

Таким образом, на колебания приземной температуры воздуха оказывают влияние как внешние гелиофизические факторы, так и циркуляционные механизмы атмосферы.

В работе (Абдусаматов, 2009) приводится график изменчивости солнечной активности (числа Вольфа W) за последние 300 лет, с 1700 г. по 2000 г., а также сглаженная кривая W, характеризующая долгопериодную (межвековую и внутривековую) изменчивость солнечного излучения. Сглаженная кривая чисел Вольфа, заимствованная из работы (Абдусаматов, 2009), воспроизведена на рисунке (кривая 1).

Рисунок. Изменчивость солнечной активности (числа Вольфа W)
1 – колебания солнечной активности (W) за период с 1700 по 2000 гг. (по Абдусаматов, 2009; Даценко и др., 2004; Монин, Сонечкин, 2005; Бялко, 2009);
2–6 – кривые отфильтрованных колебаний с периодами: 2 – период 200 лет, 3 – период 120 лет,
4 – период 100 лет, 5 – период 67,5 лет, 6 – период 55 лет; 2а–6а – аппроксимирующие синусоиды;
7 – тренд; 7а – сглаженный тренд; 8 – расчет изменчивости солнечной активности.

Как следует из рисунка, кривая 1 отображает постепенное увеличение интенсивности солнечного излучения, на фоне которого видны циклические колебания в виде трех крупных волн с чередующимися максимумами и минимумами. Последний, самый большой максимум, приходится на вторую половину текущего столетия, с которым, по-видимому, и связано современное потепление.

Для оценки тенденций изменения интенсивности солнечного излучения, в нашей работе сглаженный ряд W (кривая 1) был подвергнут обработке методом фильтрации колебаний.  В результате обработки было выделено 5 видов квазипериодических колебаний с периодами 200 лет (кривая 2), 120 лет (кривая 3), 100 лет (кривая 4), 67,5 лет (кривая 5) и 55 лет (кривая 6). После вычитания всех квазипериодических кривых из исходного ряда W получена остаточная кривая, характеризующая медленное фоновое увеличение солнечной активности – тренд (кривая 7). Для устранения небольших колебаний тренд был сглажен (кривая 7а).

Полученные квазипериодические колебания (кривые 2–6) были аппроксимированы периодическими колебаниями (синусоидами) с постоянными (средними) периодами и амплитудами (кривые 2а–6а). Совокупность этих колебаний с учетом тренда представляют собой эмпирическую модель изменчивости солнечного излучения.

Для оценки точности воспроизведения моделью исходного ряда W (кривая 1) были просуммированы ординаты всех пяти аппроксимирующих гармоник и сглаженного тренда. Как видно из рисунка, расчетная кривая 8 достаточно хорошо воспроизводит исходную кривую 1 на протяжении всего 300-летнего периода. Оценка точности расчета показала, что 81% погрешностей составляют отклонения в диапазоне 0–2 W и 19% – отклонения в диапазоне 3–4 W. Максимальная погрешность расчета составляет 4W.

Таким образом, изменчивость интенсивности солнечного излучения за последние 300 лет складывалась из двух элементов – медленного постепенного роста (тренд) и циклических колебаний на его фоне.

Судя по тенденции изменения тренда (кривая 7), рост его постепенно замедлялся и к 1950–2000 гг. прекратился. В дальнейшем (к 2100 гг.) вероятнее всего ожидать смены его положительного знака на отрицательный (кривая 7а) (Абдусаматов, 2009). Положительный тренд глобальной температуры воздуха, установленный по экспериментальным данным (Мелешко и др., 2008), вероятнее всего связан с положительным трендом солнечного излучения, а не с ростом содержания СО₂, как считают сторонники антропогенного потепления.

Циклические колебания солнечного излучения на фоне тренда формируются как суперпозиция пяти указанных квазипериодических колебаний.

Для оценки тенденции солнечного излучения в текущем столетии аппроксимирующие колебания (кривые 2а–7а) были проэкстраполированы на период до 2100 г. Хорошее согласование результатов расчета (кривая 8) с исходными данными (кривая 1) за предшествующие 300 лет дает основание полагать, что данные расчета на предстоящее столетие будут близки к реальным.

Согласно прогностическому расчету (кривая 8) в ближайшие годы ожидается снижение интенсивности солнечного излучения до минимальных значений в 2020–2030 гг., примерно соответствующих уровню 1810–1820 гг. После 2030 г. предполагается увеличение солнечной активности до максимума в 2060 г. с последующим снижением до очередного минимума в 2090–2100 гг.

Поскольку Солнце является единственным источником поступления тепловой энергии к Земле, то снижение интенсивности солнечного излучения в ближайшие 20–30 лет должно было привести к смене современного глобального потепления похолоданием к 2020–2030 гг. В дальнейшем ожидается новое потепление до 2060 г., а затем – очередное похолодание в конце текущего столетия.

Следует заметить, что внутривековые колебания температуры воздуха должны отставать по времени от соответствующих колебаний солнечного излучения. Это обусловлено «тепловой инерцией» Земли и в первую очередь – ее водной оболочки (Мировой океан). В фазе уменьшения интенсивности солнечного излучения остывающие воды океана выделяют в атмосферу ранее накопленное тепло, подогревая воздух, а атмосферные вихри (циклоны и антициклоны) переносят теплые воздушные массы на материки. Видимо по этой причине, снижения глобальной температуры воздуха в настоящее время пока не наблюдается, хотя уменьшение интенсивности солнечного излучения началось с 2000 г. Аналогичную «задержку» в повышении глобальной температуры воздуха следует ожидать при усилении солнечного излучения после прохождения его минимума.

В данной статье мы рассмотрели и сопоставили естественные и антропогенные причины колебаний глобальной температуры воздуха, провели анализ интенсивности солнечной активности за последние 300 лет, сделали прогностический расчет солнечного излучения на перспективу до 2100 года. Получены качественные оценки ожидаемых изменений глобальной температуры в текущем столетии.

Работа выполнена в рамках госзадания по теме №0149-2019-0014.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.

Список литературы

1. Абдусаматов Х.И. Солнце определяет климат // Наука и жизнь. 2009. №1. С. 34–42.
2. Борисенков Е.П. Колебания климата за последнее тысячелетие. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 408 с.
3. Будыко М.И., Борзенкова И.И., Менжулин Г.В., Селяков К.И. Предстоящие изменения регионального климата // Известия РАН. Серия географическая. 1992. №4. С. 36–52.
4. Бялко А.В. Палеоклимат: дополнение к теории Миланковича // Природа. 2009. №12. С. 18–28.
5. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Ожидаемые изменения климата: вероятностный прогноз // Земля и Вселенная. 2009. №1. С. 18–29.
6. Даценко Н.М., Монин А.С., Берестов А.А., Иващенко Н.Н., Сонечкин Д.М. О колебаниях глобального климата за последние 150 лет // Доклады Академии наук. 2004. Т.399, №2. С. 253–256.
7. Иванов В.В. Периодические колебания погоды и климата // Успехи физических наук. 2002. Т.172, №7. С. 777–811. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0172.200207c.0777
8. Кондратьев К.Я. Глобальный климат. С-Пб.: Наука, 1992. 358 с.
9. Кондратьев К.Я., Матвеев Ю.Л. О роли основных примесей в формировании и колебаниях климата Земли // Доклады Академии наук. 2005. Т.401, №3. С. 399­402.
10. Мелешко В.П., Катцов В.М., Мирвис В.М., Говоркова В.А., Павлова Т.В. Климат России в XXI веке. Часть I. Новые свидетельства антропогенного изменения климата и современные возможности его расчета // Метеорология и гидрология. 2008. №6. С. 5–20.
11. Монин А.С., Сонечкин Д.М. Колебания климата. М.: Наука, 2005. 191 с.
12. Мохов И.И., Смирнов Д.А. Эмпирические оценки воздействия естественных и антропогенных факторов на глобальную приповерхностную температуру // Доклады Академии наук. 2009. Т.426, №5. С. 679–684.
13. Сорохтин О. Глобальное потепление: причины истинные и мнимые // Наука в России. 2010. №2. С. 25–31.
14. Dzyuba A.V., Panin G.N. Mechanism of formation of long-term directional climate changes in the past and current centuries // Russian Meteorology and Hydrology. 2007. V.32, №5. P. 287–300. DOI: https://doi.org/10.3103/S1068373907050019
15. Vakulenko N.V., Kotlyakov V.M., Monin A.S., Sonechkin D.M. Evidence for the leading role of temperature variations relative to greenhouse gas concentration variations in the Vostok ice core record // Doklady Earth Sciences. 2004. V.397, №5. P. 663–667.
    
    

Статья поступила в редакцию 05.03.2020
После доработки 30.09.2020
Статья принята к публикации 25.10.2020

Об авторах

Титов Виталий Борисович – Vitaliy B. Titov

кандидат географических наук
ведущий научный сотрудник, Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН, Москва, Россия (Shirshov Institute of Oceanology RAS, Moscow, Russia), Лаборатория гидрофизики и моделирования, Южное отделение

ocean@inbox.ru

https://orcid.org/0000-0002-0529-5843

Кузеванова Наталья Ильинична – Natalya I. Kuzevanova

научный сотрудник, Институт океанологии им. П.П.Ширшова РАН, Москва, Россия (Shirshov Institute of Oceanology RAS, Moscow, Russia), Лаборатория гидрофизики и моделирования, Южное отделение

kuzevanova-nata@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-4337-8199

Корреспондентский адрес: Россия, 117997, г. Москва, Нахимовский проспект, 36, ИОРАН. Телефон/факс 8-861-41-280-89.

ССЫЛКА:

Титов В.Б., Кузеванова Н.И. Что ожидает нас в XXI веке: дальнейшее потепление или похолодание климата? // Экология гидросферы. 2020. № 1 (5). С. 38–44. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/198

DOI – https://doi.org/10.33624/2587-9367-2020-1(5)-38-44

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

What expect us in XXI centure: further heating or cooling of climate?

Vitaliy B. Titov, Natalya I. Kuzevanova

Shirshov Institute of Oceanology RAS (Moscow, Russia)

The natural and anthropogenic factors of global air temperature oscillations are examined and compared. The analysis of solar radiation intensity for the last 300 years was observed, the prediction of solar activity on the period until 2100 year was carried out. Quality estimates of expected global air temperature variations in the current century were received.

Key words: global warming; global cooling; anthropogenic factor; greenhouse gases; heliophysics factors; geophysical factors; astronomical factors.

References

1. Abdusamatov H.I. Solnce opredelyaet klimat [The sun determines the climate]. Nauka i zhizn' [Science and life]. 2009. №1. P. 34–42. (in Russ.)
2. Borisenkov E.P. Kolebaniya klimata za poslednee tysyacheletie [Climate fluctuations over the last millennium]. Gidrometeoizdat, Leningrad. 1988. 408 p. (in Russ.)
3. Budyko M.I., Borzenkova I.I., Menzhulin G.V., Selyakov K.I. Predstoyashchie izmeneniya regional'nogo klimata [Upcoming changes in the regional climate]. Izvestiya RAN. Seriya geograficheskaya [Bulletin of the Russian Academy of Sciences, geographic series]. 1992. №4. P. 36–52. (in Russ.)
4. Byalko A.V. Paleoklimat: dopolnenie k teorii Milankovicha [Paleoclimate: addition to the theory of Milankovitch]. Priroda. 2009. №12. P. 18–28. (in Russ.)
5. Dacenko N.M., Monin A.S., Berestov A.A., Ivashchenko N.N., Sonechkin D.M. On global climate oscillations over the last 150 years. Doklady Akademii nauk. 2004. V.399, №2. P. 253–256. (in Russ.)
6. Dzyuba A.V., Panin G.N. Mechanism of formation of long-term directional climate changes in the past and current centuries. Russian Meteorology and Hydrology. 2007. V.32, №5. P. 287–300. DOI: https://doi.org/10.3103/S1068373907050019
7. Gruza G.V., Ran'kova E.YA. Ozhidaemye izmeneniya klimata: veroyatnostnyj prognoz [Expected climate change: a probabilistic forecast]. Zemlya i Vselennaya. 2009. № . P. 18–29. (in Russ.)
8. Ivanov V.V. Periodic weather and climate variations. Physics-Uspekhi. 2002. V.172, №7. P. 777–811. DOI: https://doi.org/10.3367/UFNr.0172.200207c.0777 (in Russ.)
9. Kondrat'ev K.Ya. Global'nyj klimat [Global climate]. Nauka, St. Petersburg, 1992. 358 p. (in Russ.).
10. Kondrat'ev K.Ya., Matveev Yu.L. Role of primary admixtures in the formation and fluctuation of the Earth's climate. Doklady Akademii nauk. 2005. V.401, №3. P. 399–402. (in Russ.)
11. Meleshko V.P., Katcov V.M., Mirvis V.M., Govorkova V.A., Pavlova T.V. Climate of Russia in the 21st century. Part 1. New evidence of anthropogenic climate change and the state of the art of its simulation. Russian Meteorology and Hydrology. 2008. №6. P. 5–19. (in Russ.)
12. Mohov I.I., Smirnov D.A. Empirical estimates of the influence of natural and anthropogenic factors on the global surface temperature. Doklady Akademii nauk. 2009. V.426, №5. P. 679–684. (in Russ.)
13. Monin A.S., Sonechkin D.M. Kolebaniya klimata [Climate fluctuations]. Nauka, Moscow, 2005. 191 p. (in Russ.)
14. Sorohtin O. Global'noe poteplenie: prichiny istinnye i mnimye [Global warming: true and imaginary reasons]. Nauka v Rossii [Science in Russia]. 2010. №2. P. 25–31. (in Russ.)
15. Vakulenko N.V., Kotlyakov V.M., Monin A.S., Sonechkin D.M. Evidence for the leading role of temperature variations relative to greenhouse gas concentration variations in the Vostok ice core record. Doklady Earth Sciences. 2004. V.397, №5. P. 663–667.

Authors

Vitaliy B. Titov

Shirshov Institute of Oceanology RAS, Moscow, Russia

ocean@inbox.ru

https://orcid.org/0000-0002-0529-5843

Natalya I. Kuzevanova

Shirshov Institute of Oceanology RAS, Moscow, Russia

kuzevanova-nata@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-4337-8199

ARTICLE LINK:

Titov V.B. , Kuzevanova N.I. What expect us in XXI centure: further heating or cooling of climate? Hydrosphere Еcology. 2020. № 1 (5). P. 38–44. URL: http://hydrosphere-ecology.ru/198

DOI – https://doi.org/10.33624/2587-9367-2020-1(5)-38-44

When reprinting a link to the site is required

Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно. 

Адрес - info@hydrosphere-ecology.ru

При перепечатке ссылка на сайт обязательна

На ГЛАВНУЮ

К разделу ПУБЛИКАЦИИ