Климатологи, кажется, приручили аэрозоли

Аэрозоли всегда были главной причиной неопределённости в климатических прогнозах. Только в последнее время ситуация стала меняться в лучшую сторону: учёные приступили к анализу первых результатов нового поколения моделей атмосферной химии и микрофизики.

Модели имитируют собирание аэрозолей в облака, их взаимодействие и реакцию на температуру, относительную влажность воздуха и воздушные потоки. И первые результаты позволяют предположить, что такие процессы оказывают более сильное влияние на региональный климат, чем принято считать. Например, недавние исследования пролили свет на роль, которую облака и аэрозоли, возможно, сыграли в крупных африканских засухах, изменениях климата в Арктике и ослаблении муссонов Южной Азии.

Специалисты спешат попасть в пятый доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), который увидит свет раздел за разделом в 2013 и 2014 годах. Уже ясно, что результаты изучения аэрозолей и облаков станут самым большим сюрпризом.

Ежедневно электростанции изрыгают диоксид серы, который в атмосфере превращается в сульфатные частицы, отражающие солнечный свет и служащие основой конденсации водяного пара и образования облаков. Добавьте к этому микроскопические кусочки сажи, которые попадают в воздух вместе с выхлопными газами транспортных средств, выбросами сталелитейных заводов, дымом лесных пожаров и др. Все эти частицы оказываются в воздушных потоках, сталкиваются, смешиваются с естественной пылью, накапливаются и сливаются, образуя новые частицы с иными физико-химическими свойствами.

Ветра Северной Америки несут их в Атлантику, где они достигают Франции и Северной Африки, а затем разворачиваются и летят обратно на тропических воздушных потоках. Учёные предположили, что эта дуга способна заблокировать достаточно солнечного света для охлаждения поверхности Атлантического океана и изменения климата в регионе. Эту идею с помощью новой модели проверили Бен Бут из Центра Хэдли Метеорологического бюро Великобритании и его коллеги. Их разработка имитирует не только прямое воздействие аэрозолей (блокировку солнечного света), но и многие косвенные последствия (например, влияние аэрозолей на характеристики облаков), которые имеют слишком мелкий масштаб, поэтому их невозможно имитировать в глобальной модели.

Вывод: аэрозоли оказывают исключительно большое влияние на температуру поверхности Северной Атлантики. И главным стало как раз косвенное воздействие. Сульфатные частицы помогают конденсироваться большему числу капель, повышая яркость облаков и уменьшая количество света, достигающего поверхности океана. Температура Северной Атлантики повышалась с 1860 по 2005 год, но в середине XX века рост замедлился — в результате быстрой индустриализации и экстремального загрязнения воздуха. После того как в 1970-х годах в США и Европе были введены ограничения на выброс серы, небо прояснилось и температура поверхности океана снова увеличилась.

Г-н Бут подчёркивает, что две трети долгосрочных колебаний последней объясняются промышленным аэрозолями, хотя принято считать, что это результат Атлантической мультидекадной осцилляции. Охлаждение, мол, вызвало засуху в Сахеле во второй половине XX века, а также привело к ослаблению тропических бурь и ураганов в Америке. Нет, новая модель показала, что всё это в значительной степени результат антропогенного загрязнения атмосферы.

Подтвердят ли это другие модели? Сотрудники Национального центра атмосферных исследований США (NCAR) утверждают, что, по предварительным данным, что-то такое имеет место. И в то же время отмечают, что спутники оценивают косвенное воздействие аэрозолей иначе. Возможно, с моделями пока ещё не всё ладно.

Инфографика журнала Nature.

Исследователи также пытаются выяснить роль природных циклов и человеческой деятельности в таянии Арктики. Скорость потери морского льда превысила там все предсказания. Метеорологи явно что-то упустили, но что? Дженнифер Кей из NCAR и её коллеги разработали любопытный инструмент, показывающий на основе зарегистрированных данных изменения арктического климата, которые увидели бы учёные, если бы смотрели на Землю «глазами» американских спутников CloudSat и Calipso. Оказалось, что по какой-то причине облака стали более тонкими и прозрачными, то есть пропускают больше солнечного света в летний период. Одновременно на снег и лёд оседают аэрозоли, делая их более тёмными и заставляя поглощать больше солнечной энергии.

Что касается муссонов, то на спутниковых изображениях Юго-Восточной Азии бросается в глаза гигантское тёмное пятно — сажа, образованная в результате приготовления пищи на открытом огне и в примитивных печах. В атмосфере эти частицы поглощают солнечный свет и тепло окружающего воздуха, замедляя атмосферную циркуляцию, в результате чего из Индийского океана стало приходить меньше влаги.

Новое моделирование позволило уточнить этот механизм. Летом Северное полушарие получает больше солнечного света. В процессе глобального теплообмена горячий воздух поднимается и идёт на юг, там он снижается, насыщается влагой Индийского океана и возвращается на север. Именно в этот последний шаг, отвечающий за 80% осадков на большей части Индии, и вмешиваются аэрозоли. Но модель показала, что виновата в этом не сажа печей и лесных пожаров, а серные выбросы угольных электростанций. Именно последние дали в моделировании результат, наиболее близкий реальному снижению летних осадков в Индии на 4–5% с 1950 года с засухой в северо-центральной части страны и небольшим увеличением осадков на юге и северо-западе Индии, а также в Пакистане.

Ну, и самый главный вопрос: что могут сказать новые модели о роли аэрозолей в глобальном потеплении? Известно, что отражение ими солнечного света отчасти маскирует парниковый эффект, но насколько? Эндрю Джеттельмен из NCAR и его коллеги показали, что увеличение атмосферной концентрации парниковых газов вдвое (этого следует ждать к концу века) приведёт к потеплению планеты на 4 ˚С, несмотря на все усилия аэрозолей.

Пока это всё намётки. Вскоре научные журналы взорвутся публикациями о результатах климатического моделирования для будущего доклада МГЭИК.

Подготовлено по материалам Nature News.

www