arrow http://www.bioticregulation.ru/life/paris_r.php

Лес и климат: по итогам парижской конференции

В. Г. Горшков, А. М. Макарьева, 31 декабря 2015 г.
Декабрьский номер "Научных сред" (Гатчинская правда)

В декабре в Париже завершилась международная конференция по климату. Мировое сообщество, в лице собравшихся в Париже лидеров государств, вновь подтвердило свою озабоченность глобальными климатическими изменениями, а также желание предпринять меры по их остановке. В качестве основной меры, как и на предшествующих подобных конференциях, рассматривалось уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу путем уменьшения скорости сжигания ископаемого топлива. В то же время все большее число специалистов указывает, что фокусировка на одном только углероде не поможет решить проблему климата, а в определенном отношении вообще является контрпродуктивной. В этой заметке мы рассмотрим проблему глобальной устойчивости климата более широко. Какую роль может играть наша страна в решении глобальной проблемы климата?

Парниковый эффект как шуба для Земли. Углекислый газ является вторым по значимости парниковым веществом атмосферы Земли. Первым является вода. Парниковые вещества атмосферы взаимодействуют с тепловым излучением (тепловыми фотонами), которые испускаются с поверхности Земли. Часть теплового излучения парниковые вещества поглощают и испускают обратно к Земле. В результате, температура поверхности Земли оказывается больше, чем она была бы в отсутствие парниковых веществ. Парниковые вещества, таким образом, можно сравнить с шубой, которая греет наше тело, позволяя нам оставаться теплыми на морозе.

Углекислый газ равномерно распределен в атмосфере Земли (толщина соответствующей ему "шубы" везде примерно одинакова), а вот водяной пар - нет. Количество водяного пара в атмосфере зависит от температуры и уменьшается вдвое при падении температуры на десять градусов. Поэтому толщина парниковой "шубы", соответствующей водяному пару, максимальна на экваторе, где температура самая высокая, и минимальна на полюсах, где температура самая низкая. Эта неравномерность оказывается очень существенной для устойчивости климата.

Ветер и устойчивость климата. Больше всего солнечной радиации получают экваториальные области Земли, т.е. именно те области, где толщина парниковой "шубы" максимальна. Если всю эту солнечную энергию перевести в тепловое излучение прямо на экваторе, то планетарный парниковый эффект и среднеглобальная температура будут максимальны. Если же часть этого тепла перенести к полюсам, где шуба очень тонкая, то там, при малом количестве парниковых веществ, тепловые фотоны могут практически беспрепятственно излучиться в космос. В результате, среднеглобальные парниковый эффект и температура уменьшатся по сравнению со случаем отсутствия такого переноса.

Перенос тепла от экватора к полюсам осуществляется атмосферной циркуляцией, то есть, ветром. Поэтому одним из ключевых вопросов для понимания устойчивости температуры Земли является вопрос о том, как будет меняться ветровая атмосферная циркуляция при повышении или понижении среднеглобальной температуры. Если, например, с повышением температуры ветровая циркуляция и, следовательно, перенос тепла от экватора к полюсам, замедлится, то это приведет к еще большему разогреву планеты. Если же она усилится, то это приведет к частичной компенсации начального нагрева, что может способствовать стабилизации климата[1].
Bates J.R. (2012) Climate stability and sensitivity in some simple conceptual models. Climate Dynamics 38: 445-473.

Хотя про ветер и леса знают все с начальных классов школы, существующие глобальные циркуляционные модели, на основе которых делаются предсказания климата, не могут предсказать изменение интенсивности глобальной циркуляции. В частности, одним из таких предсказаний было замедление глобальной циркуляции с ростом температуры, в то время как наблюдения за последние десятилетия свидетельствуют об обратном[2]. Исследование атмосферной циркуляции невозможно без понимания физических основ воздействия на атмосферную динамику фазовых переходов воды. В то же время, именно они являются главной нерешённой проблемой современной атмосферной гидродинамики[3].
[2]Kociuba G., Power S.B. (2015) Inability of CMIP5 Models to Simulate Recent Strengthening of the Walker Circulation: Implications for Projections. Journal of Climate 28: 20-35.
[3]Bony et al. 2015 Clouds, circulation and climate sensitivity. Nature Geoscience 8: 261-268.

Ветер и лес

Ветер, вода и лес. Согласно конденсационной теории атмосферной циркуляции, главным фактором генерации кинетической энергии ветра является конденсация атмосферной водяного пара[4]. Уменьшение количества водяного пара приводит к уменьшению мощности атмосферной циркуляции. Сведение тропических лесов, представляющих собой "зеленый океан" на суше, приводит к уменьшению потоков испарения и конденсации в экваториальной зоне и, как следствие, к нарушению процессов атмосферной циркуляции. Сведение лесов в ходе хозяйственной деятельности человека является главным по важности антропогенным воздействием на окружающую среду. Если это воздействие сохранится, даже при полной остановке выбросов атмосферного углерода мы не сможем гарантировать себе устойчивость глобального климата.
[4]Makarieva A.M., Gorshkov V.G., Sheil D., Nobre A.D., Li B.-L. (2013) Where do winds come from? A new theory on how water vapor condensation influences atmospheric pressure and dynamics. Atmospheric Chemistry and Physics 13:1039-1056.

Есть и более прямой эффект лесного покрова на температурный режим. Растения леса тратят поглощаемую солнечную энергию на испарение. Испарившийся водяной пар подвергается конденсации на в атмосфере на высоте нескольких километров от поверхности Земли. Таким образом, поглощённая на поверхности планеты солнечная радиация переходит в тепло не на поверхности Земли, где парниковая "шуба" самая толстая, а в середине тропосферы, где от космоса тепловые фотоны отделяет меньшая половина "шубы". Поэтому наличие лесного покрова является регулятором регионального парникового эффекта.

Россия в глобальной климатической повестке. В сегодняшней глобальной повестке, которую разделяет и Россия, леса преимущественно рассматриваются лишь как стоки или источники углерода. Даже в этом качестве им отведена очень скромная роль. Однако устойчивость климата будет утрачена даже если выбросы СО2 полностью прекратятся, если мы при этом продолжим разрушать естественные экосистемы океана и суши и утратим их. Более того, никакие механические меры по борьбе с накоплением СО2 не приведут к климатической устойчивости при продолжающемся разрушении биосферы.

Вместо того чтобы следовать стремительно устаревающей повестке, наша страна имеет уникальный шанс возглавить создание новой глобальной экологической и климатической повестки, в которой экосистемы Земли рассматриваются не как примитивные резервуары запасов химических элементов, но как сложнейшие механизмы поддержания устойчивости окружающей среды и климата. Леса играют ключевую роль в атмосферной циркуляции и распределении осадков на континентах. Так, например, уникальный лесной бореальный пояс, протянувшийся по территории России на семь тысяч километров, играет ключевую роль в поддержании круговорота воды во всей Евразии[5]. Роль этих процессов в поддержании климатической устойчивости практически не исследована, они длительное время игнорировались из-за того, что всё внимание было сконцентрировано на углероде.
[5]Макарьева А.М., Горшков В.Г. (2012) Сохранение Евразийского лесного пояса - стратегическая задача России. Энергия: экономика, техника, экология, 9(2012), 18-25.

Пока научные организации в России продолжают подсчитывать запасы углерод в российских лесах, следуя за западными грантораспределительными организациями, многие игроки на климатической арене уже начинают менять свою повестку. В частности, постепенно набирает популярность тема леса и воды. Если глобальное потепление на 1.5 градуса не для всех представляется большой угрозой, то без воды жить не может никто. Эта тема особенно актуальна для России, где большая часть территории удалена от источников влаги - океанов - на тысячи километров. Если воздушный транспорт влаги, осуществляемый лесом, будет нарушен, это приведёт не только к росту частоты появления засух, пожаров и наводнений, но и к коллапсу и энергетической системы нашей страны, в которой гидроэнергетика играет существенную роль.

В западном обществе ведется широкая дискуссия вопросов климата, сохранения лесов и связанных с этим тем. В нашем обществе такое обсуждение, к сожалению, отсутствует. А ведь проблемы окружающей среды, сохранности воды и приемлемость климатического режима -- это самое главное, важное для всех, поэтому такое обсуждение могло бы объединить страну, повысить уровень образования людей, общий уровень осмысленности принятия решений. И именно в этой тематике наша страна, обладающая уникальным богатством естественных экосистем, имеет все возможности занять лидирующие в мире позиции.

Ветер, океан и лес