Клуб 2050 – будущее России и мира. Модернизация, демография, география

Ольга Дещеревская. Современное изменение климата. Риски и возможности для России

резюме доклада

Резюме доклада Ольги Дещеревской в Клубе 2050. 1.12.2010

Тема глобального потепления и его последствий в 1990-е и 2000-е гг. стала предметом ожесточенных дискуссий не только в среде ученых, но и в средствах массовой информации и даже в политике. Основными вопросами в теме изменения климата можно назвать:

1) Что значит – «современные изменения климата», насколько достоверно они фиксируются?
2) Случались ли подобные изменения в прошлом, каковы причины естественной изменчивости климата?
3)  Каковы причины современных изменений климата?
4) Как на климат влияет деятельность человека, каковы возможности общества по изменению глобального климата?
5) Каким будет глобальный и региональный климат в следующем столетии? Насколько достоверен прогноз климата на такой период, какие существуют неопределенности?
6) Каковы последствия глобальных изменений климата для общества и для природы? Какие последствия наиболее важны для России?
7) Как осуществляется мировая климатическая политика, насколько она эффективна, каковы ее перспективы?

Данная работа стремится ответить на все эти вопросы, делая акцент на последствиях изменения климата в России. Рассматривается участие России в международной климатической политике. В целом, большее внимание уделено собственно климатическим вопросам.

Что значит – «современные изменения климата», насколько достоверно они фиксируются?

Под современным климатом подразумевается период относительно однородного состояния климатической системы Земли, включающей атмосферу, Мировой океан, льды, биосферу и верхние слои литосферы. Можно выделить несколько периодов современного климата – однородные в разных приближениях:

1. Последний 1 млн лет – чередование ледниковых эпох и межледниковий;
2. Последние 11 тыс. лет – последняя межледниковая эпоха голоцен, продолжающаяся по сей день;
3. Последние 150 лет – период инструментальных метеорологических наблюдений;
4. Период 1961-1991 гг., который принят Всемирной Метеорологической Организацией за современный климат. От средних величин этого периода отсчитываются отклонения.

Согласно метеорологическим наблюдениям, повышение средней планетарной температуры на Земле с 1906 по 2005 г. составило 0.7±0.1°С, уровень Мирового океана повысился на 15±1 см (в основном за счет теплового расширения воды) (IPCC, 2007). Наиболее отчетливо тренд повышения температуры прослеживается с конца 1960-х гг.; в среднем на суше потепление более заметно (0.85±1°С), чем в океане. Данные наблюдений включают сеть метеостанций по всему миру и наблюдения на судах– с конца XIX века, данные радиозондирования – с 1950-х гг., спутниковые наблюдения – с 1960-х гг. Ряд данных неоднороден, начало века обеспечено наблюдениями хуже, чем вторая половина (Кислов, 2001), но вывод о потеплении делается достаточно уверенно (IPCC, 2007).

Случались ли подобные изменения в прошлом, каковы причины естественной изменчивости климата и их прогноз?

Мы живем в межледниковую эпоху голоцен (современный климат в приближении 2). Согласно реконструкциям температуры, некоторые аналогичные нашему межледниковья прошлого (около 120 тыс. л.н., 410 тыс. л.н.) были в максимуме теплее, чем голоцен, на 1-2.5°С (все отклонения относительно периода 1961-1991 гг.). В наиболее теплое время голоцена (примерно 5000 л.н.) планетарная температура была выше на 1°С вследствие влияния астрономических факторов на климат. В средние века климат был холоднее, чем сейчас: во 2 половине XVIII века зимние температуры в Европе понижались на 4°С, а Темза и каналы в Голландии замерзали (т.н. Малый ледниковый период, соответствующий понижению солнечной активности). Как видно из сравнения с прошлыми теплыми эпохами, потепления, подобные современному, происходили и раньше вследствие естественных причин.

Изменчивость климата определяется нелинейной реакцией климатической системы на внешние воздействия (астрономические факторы, вулканизм), нелинейными связями в самой климатической системе (атмосфера, Мировой океан, льды, биосфера) и случайной динамикой климатической системы.

Астрономические факторы, связанные с изменениями движения Земли относительно Солнца и наклоном земной оси, строго цикличны, легко прогнозируемы и не играют роли для прогноза глобальной температуры на столетие. Из прогноза этой группы факторов, определяющих смену «ледник-межледниковье», следует, что следующий ледниковый период (-5±1ºC к глобальной температуре периода 1961-1991 гг.) наступит не раньше, чем через 100 тыс. лет. Астрономические факторы, связанные с изменениями светимости Солнца (средняя интенсивность излучения в 11-летнем цикле), прогнозируются довольно плохо. Тем не менее, есть прогнозы о снижении солнечной активности в циклах XXI века, что будет играть охлаждающую роль для глобальной температуры (-0.4…-0.8ºC к глобальной температуре к 2050 г., аналогично).

Вулканическая активность не играет роли для прогнозирования климата на время порядка 100 лет. Однако крупные извержения вулканов способны вызвать кратковременные похолодания на масштабах 2-3 года (-0.2…-0.3ºC к глобальной температуре).

Таяние ледников вызывает снижение альбедо (отражающих свойств) поверхности Земли и дальнейшее прогревание – положительная обратная связь на потепление. Горные ледники практически повсеместно тают с 1960-х гг. Баланс массы льда Антарктиды и Гренландии колеблется около нуля, но с потеплением баланс массы Гренландии сместится в сторону таяния (за счет ледникового стока).

Мировой океан на рост ледникового стока Гренландии и осадков в высоких широтах может ответить постепенным ослаблением Гольфстрима, которое в XXI веке прогнозируют 30% моделей.

Важнейшими обратными связями атмосферы является парниковый эффект, атмосферная циркуляция и воздействие аэрозолей (жидкие и твердые частицы в атмосфере). Парниковый эффект – явление повышения температуры в поверхностном слое атмосферы вследствие задержки уходящего от Земли инфракрасного излучения парниковыми газами (водяной пар, углекислый газ CO₂, метан, закись азота, хлорфторуглероды и другие). Атмосферная концентрация наиболее важного парникового газа CO₂ в атмосфере в 1750-2009 г. выросла с 280±20 ppm (частей на миллион) до 385±15 ppm; концентрация метана увеличилась в 2.5 раза (Оценочный…, 2007). Воздействие роста парникового эффекта на глобальную температуру оценивается в +1.0±0.1ºC за прошедшие 150 лет. Сравнение роста концентраций парниковых газов в прошлые межледниковья и в голоцене показывает, что рост концентраций вызывается, в основном, сжиганием человеком ископаемого топлива. Однако мы достаточно плохо знаем природные потоки CO₂ между океаном-атмосферой и сушей-атмосферой, которые в 1990-х гг. были в 10-15 раз больше антропогенных. Биота суши и океана в 1990-х гг. в процессе фотосинтеза поглощала около половины антропогенной эмиссии углекислого газа, однако будущее изменение этой величины обладает большими неопределенностями (есть риск катастрофической деградации некоторых существующих экосистем при резком сдвиге климатических зон с эмиссией большого количества CO₂). При обогащении атмосферы CO₂ повышается продуктивность растений, поэтому они поглотят и переведут в биомассу какое-то количество добавочного углекислого газа.

При потеплении климата изменится атмосферная циркуляция (произойдет расширение зоны тропиков).

Аэрозоли вызывают охлаждение климата, как за счет косвенных (образование облачности на ядрах конденсации), так и за счет прямых эффектов (сульфатный аэрозоль, например, отражает солнечную радиацию). Воздействие аэрозолей на глобальную температуру оценивается в -0.4±0.1ºC за прошедшие 150 лет. В будущем с увеличением количества аэрозоля в атмосфере охлаждающий эффект будет возрастать, но медленнее, чем ожидаемое потепление за счет роста концентраций парниковых газов в атмосфере.

Каковы причины современных изменений климата?

Современное глобальное повышение температуры связано, в основном, с двумя факторами: с повышенной солнечной активностью и с ростом содержания парниковых газов в атмосфере (Кислов, 2001). Согласно данным моделирования, объяснить потепление с 1960-х гг. по настоящее время без учета роста парникового эффекта не удается (IPCC, 2007). «Парниковая» гипотеза подтвердится, если солнечная активность в первой половине XXI в. будет снижаться (об этом говорят некоторые прогнозы – см. ранее), а глобальная приземная температура продолжит повышаться или оставаться на уровне 2000-х гг. Однако, существуют и альтернативные гипотезы: что современные изменения климата – нелинейный отклик климатической системы на внешние факторы.

Как на климат влияет деятельность человека, каковы возможности общества по изменению глобального климата?

Человек влияет на глобальный климат несколькими способами:

1. Рост концентраций парниковых газов вызывается, в основном, сжиганием человеком ископаемого топлива (выброс углекислого газа), а также разведением домашних животных (выброс метана) – эффект потепления.

2. Увеличение количества аэрозолей (твердых и жидких частиц) в атмосфере вследствие выбросов в промышленности, интенсивного сельского хозяйства – эффект похолодания.

3. Изменение альбедо – отражающих свойств поверхности Земли – в зонах сельского хозяйства и урбанизации. Отрицательный эффект=похолодание от землепользования, в том числе лесных пожаров, положительный эффект=потепление от частиц сажи на снегу.

Возможности влияния человека на глобальный климат рассматривает отрасль прикладной климатологии – геоинжиниринг. К проектам геоинжиниринга относятся выброс в стратосферу сульфатного аэрозоля, отражающего солнечную радиацию, а также удобрение океанов сульфатом железа для повышенного поглощения водорослями углекислого газа. На сегодняшний день возможные последствия реализации геоинжиниринговых проектов недостаточно изучены, есть сведения об отрицательных последствиях (снижение осадков в некоторых тропических регионах при 1-м способе).

Каким будет глобальный и региональный климат в следующем столетии? Насколько достоверен прогноз климата на такой период, какие существуют неопределенности?

Прогноз климата на период столетия осуществляется методом моделирования при помощи глобальных моделей атмосферы и океана. Модели основаны на физических законах, учитывают изменения всех групп факторов, влияющих на климат, а также случайную динамику климатической системы. Климатическая модель не может спрогнозировать климат отдельного года, но при достаточном осреднении (около 20 лет) дает картину трендов метеорологических параметров при имеющихся воздействиях. Достаточно уверенно прогнозируются температура и осадки, глобальные значения – лучше, чем локальные. Модели в целом воспроизводят климат XX века.

В прогнозах климата Межправительственной Группы Экспертов по Изменению Климата (IPCC, 2007) использовался ансамбль (группа) из 16 моделей ведущих мировых климатических центров. IPCC разработала 4 основных группы сценариев климата, строящихся на основе сценариев выбросов парниковых газов. Сценарии зависят от прогноза роста населения и скорости глобализации, роли экологии в политических решениях, быстроты внедрения новых технологий и т.д. По разным сценариям IPCC (IPCC, 2007) и Международного Энергетического Агентства (МЭА, 2010), содержание CO₂–эквивалента (суммарный эффект всех парниковых газов, выраженный в эквивалентном содержании CO₂) с 455 ppm в 2005 г. возрастет до 600-1550 ppm в 2100 г. Это приведет к повышению глобальной температуры на 1.8±0.8…4.0±1.5ºC в 2080-2100 г. по сравнению с периодом 1980-2000 гг. Наиболее вероятная оценка составляет 700 ppm к 2100 г. (повышение на 2.4±1.0ºC, периоды аналогичны) (сценарий New Policies, МЭА).

В высоких широтах потепление будет более интенсивным, чем в низких. Так, повышение температуры в России за период 1907-2006 гг. составило 1,29ºC при глобальном повышении на 0.74ºC (Оценочный…, 2008). Зимнее потепление будет более интенсивным, чем летнее. Моделирование показало, что для территории России повышение температуры в целом слабо зависит от выбранного в рамках IPCC сценария и составляет к 2041–2060 гг. +2,6±0,7°C, а зимой +3,4±0,8°C.

Осадки повысятся в высоких широтах (зимой на величины более 20%, летом около 10%) и сократятся в ряде субтропических и тропических регионов, особенно в регионах средиземноморского климата (на более чем 20%).

Основными природными неопределенностями в климатическом прогнозе являются маловероятные, но возможные сценарии катастроф (резкий выброс метана из залежей метангидратов на дне океана; пороговые реакции, в том числе разрушение, экосистем на сдвиг климата). Основной антропогенной неопределенностью является развитие энергетики, скорость перехода на низкоуглеродную энергетику, внедрение энергоэффективных технологий.

Каковы последствия глобальных изменений климата для общества и для природы? Какие последствия наиболее важны для России?

К основным последствиям изменения климата относятся: повышение уровня Мирового океана (примерно на 1 м только в результате теплового расширения); таяние ледников, льдов полярных регионов; дефицит водных ресурсов в тропиках; сокращение посевных площадей в тропиках и субтропиках и усугубление проблемы голода в развивающихся странах; улучшение условий хозяйства и повышение гидроресурсов в высоких широтах (IPCC, 2007). Наиболее резкое различие между потеплением на 1-1.5°С и 2.5–3.5°С относительно периода 1961-1991 гг. проявляется в дефиците пресной воды для миллиардов человек и множества видов животных и растений.

Россия будет одной из немногих стран, которые от глобального потепления скорее выиграют, чем проиграют – вследствие географического положения страны в основном в высоких широтах. К положительным последствиям для России относятся:

1. Рост урожайности в сельском хозяйстве на 10-20% к 2050 г. (Оценочный…, 2008), возможность внедрения новых культур при надлежащих мерах защиты от вредителей и ирригации в южных районах;

2. Сокращение отопительного сезона к 2025 г. достигнет 3-5 дней на европейской территории России, а к 2050 г. сокращение может достигнуть 2-3 недель. Также возрастет средняя температура в отопительный сезон;

3. В следующие 30 лет возобновляемые водные ресурсы в России увеличатся на 8–10%, на такую же величину увеличится приток воды к водохранилищам Волжско-Камского каскада;

4. В целом, будут улучшаться условия судоходства на Северном морском пути. Основное снижение ледовитости будет происходить во 2 половине XXI века, а в 2030-2040 гг. может произойти некоторое повышение ледовитости вследствие естественного цикла температуры в Арктике;

5. Будет снижаться площадь области, занятой вечной мерзлотой (а это более 60% территории России). В Западной Сибири граница вечной мерзлоты продвинется на 150-200 км к северу к 2050 г.

К основным негативным последствиям для России относятся:

1. Рост числа опасных гидрометеорологических явлений – наводнений, сильных ветров и шквалов, волн тепла, засух;

2. Сокращение водных ресурсов в южных регионах – например, в Южном федеральном округе водные ресурсы могут сократиться на 5-15% к 2040 г.;

3. Продвижение в новые регионы климатически зависимых болезней (малярия, геморрагическая лихорадка, клещевой энцефалит); увеличение смертности при более частых волнах тепла;

4. Деформация инженерных сооружений в районах вечной мерзлоты вследствие повышения температуры грунтов и таяния мерзлых пород; повышенные нагрузки на инфраструктуру с ростом количества осадков;

5. Негативные последствия для сельского и лесного хозяйства, связанные с распространением эпидемий вредителей и ростом числа пожаров.

Как осуществляется мировая климатическая политика, насколько она эффективна, каковы ее перспективы?

Мировая климатическая политика принимает как факт то, что глобальное потепление – следствие антропогенного роста концентраций парниковых газов, хотя, строго говоря, это не доказано (Кислов, 2001). Важнейшим политическим следствием борьбы с изменениями климата является Киотский протокол, вступивший в силу в 2005 г., обязывающий страны-участницы (181 страна в 2009 г.) ограничивать выбросы парниковых газов в атмосферу. Численные обязательства по ограничению выбросов к 2012 г. относительно 1990 г. приняли на себя многие развитые страны, кроме США (но в США отдельные штаты также приняли обязательства по ограничению выбросов). Должны снизить выбросы большинство стран Евросоюза (на 8%). Страны СНГ, в основном, должны остаться на уровне выбросов 1990 г. Первые проекты по Киотскому протоколу в России – Проекты совместного осуществления, финансируемые совместно инвесторами развитых стран и российскими инвесторами – были начаты в июне 2010 г. Развивающиеся страны участвуют в Киотском протоколе посредством Механизма чистого развития (МЧР), который подразумевает инвестирование развитых стран в снижение выбросов на предприятиях развивающихся стран. Лидером по проектам МЧР является Китай, а основные сферы приложения проектов – захоронение отходов, повышение энергоэффективности, переход на экологически чистые источники энергии.

Общий объем углеродного рынка в 2009 г. составил 125 млрд. долл. (данные компании Point Carbon). Около 60% составляет Европейская система торговли квотами.

Принятые в Киотском протоколе меры недостаточны для снижения выбросов до уровня стабилизации роста глобальной температуры в пределах 1.0-1.5°С от уровня 1961-1991 гг. (такая стабилизация позволит избежать наиболее опасных последствий). В 2012 г., возможно, будет принято новое соглашение по ограничению выбросов. По известным оценкам британского экономиста Стерна, стоимость последствий изменений климата может быть намного выше, чем своевременная борьба с самими изменениями. При условии проведения интенсивной климатической политики (затраты около 1-2% мирового ВВП в год) возможно добиться снижения концентраций уже в 2020-х гг. (МЭА, 2010), тогда к 2050 г. повышение температуры составит +1.3ºC (по отношению к периоду 1961-1991 гг.), а глобальная температура не будет далее повышаться.

Борьба с изменениями климата лежит в русле постепенной перестройки структуры энергетики от топливной энергетики к низкоуглеродной (возобновляемой и/или атомной), так как 90% CO₂ выбрасывается в атмосферу при сгорании ископаемого топлива. Такая перестройка, скорее всего, произойдет к 2050 г. Климатическая политика усиливает существующие тренды к изменению структуры топливно-энергетического баланса в сочетании с развитием энергосбережения. Для России ключевым последствием борьбы с изменением климата (в случае ее успешной реализации) будет долгосрочный и глубокий спад спроса на нефть, природный газ и уголь – основные продукты российского экспорта.  Если не будет осуществлена диверсификация экономики и особенно экспорта, это будет угрожать потерей Россией места в международном разделении труда. С другой стороны, изменение климата и перестройка энергетики открывает для России ряд новых возможностей в сельском хозяйстве, возобновляемой и атомной энергетике, энергоэффективности, транспорте, туризме и пр., которые при эффективном использовании могут компенсировать потери от снижения экспорта углеводородов.

Даже если глобальное изменение климата зависит от природных причин и не является следствием деятельности человека, принятая многими политиками гипотеза об антропогенном характере потепления значительно влияет на глобальную политику и экономику, ускоряя переход на возобновляемые источники энергии и повышение энергоэффективности.