Продвижение науки об изменении климата (2010 г.)

Содержание: [Показать]

Глава:2 Что мы знаем об изменении климата и его взаимодействии с людьми и экосистемами

ГЛАВА ВТОРАЯ

Что мы знаем об изменении климата и его взаимодействии с людьми и экосистемами

Оверсии последних нескольких десятилетий, международные и национальные научно - исследовательские учреждения разработали прогрессивно более четкое представление о том , как и почему меняется климат Земли и воздействий изменения климата на широкий спектр систем человека и окружающей среды. Исследования также оценили действия, которые можно было бы предпринять - а в некоторых случаях уже предпринимаются - для ограничения масштабов будущего изменения климата и адаптации к его воздействиям. В Соединенных Штатах в серии отчетов Программы исследований глобальных изменений США (USGCRP, также известной как Научная программа по изменению климата с 2001 по 2008 гг.) Была обобщена информация, относящаяся к стране, кульминацией чего стал отчет Global Climate Change Impacts in Соединенные Штаты(USGCRP, 2009a). На международном уровне научная информация об изменении климата периодически оценивается Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК), последний раз в 2007 году. Многое было изучено, и эта база знаний постоянно обновляется и расширяется за счет новых результатов исследований.

Наша оценка текущего состояния знаний о глобальном изменении климата, которая резюмируется в этой главе и подробно описывается в Части II отчета, позволяет сделать следующий вывод.

Вывод 1. Изменение климата происходит, в значительной степени вызвано деятельностью человекаи представляет значительные риски для широкогокруга антропогенных и природных систем,а во многих случаях уже влияет на них.

Этот вывод основан на значительном массиве научных данных, включая недавнюю работу, и согласуется с выводами Четвертого оценочного отчета МГЭИК (IPCC, 2007a-d), недавними оценками USGCRP (например, USGRP, 2009a) и другие недавние оценки состояния научных знаний об изменении климата. Как наша оценка, так и эти предыдущие оценки с высокой или очень высокой степенью достоверности 1 относятся к следующим выводам:

Как обсуждается в Приложении D, высокая достоверность указывает на 8 из 10 или более высоких шансов на то, что утверждение является правильным, в то время как очень высокая степень достоверности (или утверждение, чем результат «очень вероятно») указывает на 9 из 10 или более высоких шансов. .

Земля нагревается. Подробные наблюдения за температурой поверхности, собранные и проанализированные несколькими различными исследовательскими группами, показывают, что средняя температура поверхности планеты была на 1,4 ° F (0,8 ° C) выше в течение первого десятилетия 21-го века, чем в течение первого десятилетия 20-го века. наиболее выраженное потепление за последние три десятилетия. Эти данные подтверждаются множеством независимых наблюдений, которые указывают на потепление в других частях земной системы, включая криосферу (замороженные участки поверхности Земли), нижние слои атмосферы и океаны.

Большая часть потепления за последние несколько десятилетий может быть связана с деятельностью человека, в результате которой в атмосферу выделяется углекислый газ (CO 2 ) и другие удерживающие тепло парниковые газы (ПГ). Сжигание ископаемых видов топлива - угля, нефти и природного газа - для получения энергии является крупнейшим фактором изменения климата со стороны человека, но сельское хозяйство, вырубка лесов и некоторые виды промышленной деятельности также вносят значительный вклад.

Естественная изменчивость климата приводит к колебаниям температуры и других климатических переменных от года к году и от десятилетия к десятилетию, а также к существенным региональным различиям, но не может объяснить или компенсировать долгосрочную тенденцию к потеплению.

Глобальное потепление тесно связано с широким спектром других изменений, таких как увеличение частоты интенсивных дождей, уменьшение снежного покрова Северного полушария и морского льда в Арктике, более теплые и более частые жаркие дни и ночи, повышение уровня моря и обширное распространение океана. подкисление.

Изменение климата, вызванное деятельностью человека, и его последствия будут продолжаться в течение многих десятилетий, а в некоторых случаях и многих столетий. По отдельности и в совокупности, а также в сочетании с последствиями другой деятельности человека эти изменения создают риски для широкого круга человеческих и экологических систем, включая ресурсы пресной воды, прибрежную среду, экосистемы, сельское хозяйство, рыболовство, здоровье человека и национальную безопасность. среди прочего.

Конечные масштабы изменения климата и серьезность его последствий во многом зависят от действий, которые человеческое общество предпринимает для реагирования на эти риски.

В следующих разделах подробно рассматриваются эти заявления и дается краткий общий обзор текущего состояния научных знаний об изменении климата в 12 важнейших областях, представляющих интерес для широкого круга заинтересованных сторон:

Изменения в климатической системе;

Повышение уровня моря и риски в прибрежной среде;

Экосистемы, экосистемные услуги и биоразнообразие;

Сельское хозяйство, рыболовство и производство продуктов питания;

Города и застроенная среда;

Управление солнечным излучением;

Национальная безопасность и безопасность человека; и

Разработка, реализация и оценка климатической политики.

Прогресс исследований по каждой из этих тем более подробно рассматривается в Части II отчета, но даже эти главы слишком кратки, чтобы дать всесторонний обзор очень большого объема исследований по этим вопросам. Точно так же этот отчет не охватывает все научные темы, представляющие интерес в исследованиях изменения климата, а только те, которые представляют наибольший интерес для лиц, принимающих решения. Читатели, заинтересованные в дополнительной информации, должны ознакомиться с обширными оценочными отчетами, подготовленными USGCRP2, МГЭИК 3, Национальным исследовательским советом (NRC) 4 и другими группами, а также с многочисленными научными статьями, опубликованными с момента их завершения.

ИЗМЕНЕНИЯ В КЛИМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ5

Физическая климатическая система Земли, включающая атмосферу, океаны, криосферу и поверхность суши, сложна и постоянно развивается. Тем не менее, законы физики и химии в конечном итоге управляют системой, и их можно использовать, чтобы понять, как и почему климат меняется от места к месту и с течением времени.

Парниковый эффект - это природное явление,имеющее решающее значение для жизни, какой мы ее знаем

ПГ, которые включают водяной пар, диоксид углерода (CO 2 ), метан (CH 4 ), закись азота (N 2 O) и некоторые другие, присутствуют в атмосфере в относительно низких концентрациях, но из-за их способности поглощать и повторно излучают инфракрасную энергию, они улавливают тепло у поверхности Земли, сохраняя ее намного теплее, чем было бы в противном случае (рис. 2.1). Концентрации парниковых газов в атмосфере увеличились за последние два столетия в результате деятельности человека, особенно сжигания окаменелостей.

Дополнительное обсуждение и ссылки см. В главе 6 Части II отчета.

РИСУНОК 2.1Парниковый эффект. ИСТОЧНИК: Музей науки Мариана Кошланда Национальной академии наук.

топливо - уголь, нефть и природный газ - для получения энергии. Возрастающие концентрации парниковых газов усиливают естественный парниковый эффект, вызывая повышение температуры поверхности Земли. В результате деятельности человека также увеличилось количество аэрозолей (мелких капель или частиц жидкости, взвешенных в атмосфере). Аэрозоли имеют широкий спектр воздействия на окружающую среду, но в среднем они увеличивают количество солнечного света, отражающегося обратно в космос, охлаждающий эффект, который компенсирует некоторое, но не все, потепление, вызванное увеличением концентрации парниковых газов.

Земля нагревается

Есть много признаков - как прямых, так и косвенных - того, что климатическая система нагревается. Самыми фундаментальными из них являются измерения термометром, которые были собраны как на суше, так и на море, чтобы оценить изменения глобальной средней приземной температуры с середины до конца 19 века. Ряд независимых

РИСУНОК 2.2Изменение глобальной приземной температуры с 1880 по 2009 год в градусах Цельсия. Черная кривая показывает среднегодовые температуры, красная кривая показывает 5-летнее скользящее среднее, а зеленые полосы указывают оценочную неопределенность данных в разные периоды записи. Подробнее см. Рисунок 6.13. ИСТОЧНИК: NASA GISS (2010; на основе Hansen et al., 2006, обновлено до 2009 г. на http://data.giss.nasa.gov/gistemp/graphs/ ).

Постоянные исследовательские группы собирают, анализируют и исправляют ошибки и смещения в этих данных (например, с учетом эффекта «городского острова тепла» и изменений в инструментах и ​​методах, используемых для измерения температуры поверхности океана). Каждая группа использует несколько разные методы анализа и источники данных, однако оценки температуры, публикуемые этими группами, очень согласуются друг с другом.

Измерения поверхностного термометра показывают, что в первом десятилетии 21 века было на 1,4 ° F (0,8 ° C) теплее, чем в первом десятилетии 20 века (рис. 2.2). Это потепление не было равномерным, а скорее накладывалось на естественные колебания от года к году и даже от десятилетия к десятилетию. Из-за этой естественной изменчивости при оценке изменений теплового баланса Земли важно сосредоточиться на тенденциях за несколько десятилетий или дольше. Физические факторы также вызывают значительные пространственные вариации в характере наблюдаемого потепления, причем над Арктикой потепление намного сильнее, чем над тропическими широтами, и над сушей, чем над океаном.

Другие измерения изменений глобальной температуры производятся со спутников, метеозондов и кораблей, буев и поплавков в океане. Как и измерения поверхностного термометра, эти данные были проанализированы рядом различных исследовательских групп по всему миру, исправлены для устранения ошибок и систематических ошибок и откалиброваны с использованием независимых наблюдений. Измерения теплосодержания океана, снятые с верхних слоев

На протяжении нескольких сотен метров мирового океана наблюдается тенденция потепления за последние несколько десятилетий, аналогичная тенденции атмосферного потепления на Рисунке 2.2.

Еще несколько лет назад ученые были озадачены тем фактом, что спутниковые данные о тенденциях температуры атмосферы, казалось, немного не согласовывались с данными, полученными на основе измерений с помощью метеозондных аэростатов, и оба, казалось, немного несовместимы с данными наблюдений за температурой поверхности. Недавно исследователи выявили несколько небольших ошибок в наборах данных как со спутников, так и с метеозондов, включая ошибки, вызванные заменой инструментов, изменениями орбиты спутников и влиянием солнечного света на инструменты, переносимые метеозондами. После исправления этих ошибок записи температуры, основанные на измерениях со спутников, метеозондов и наземных станций, теперь согласуются в пределах оцененного диапазона неопределенности, связанной с каждым типом наблюдений.

Долгосрочные тенденции во многих других типах наблюдений также свидетельствуют о том, что Земля нагревается. Например:

Жаркие дни и ночи стали теплее и частее;

Похолодания стали мягче и реже;

Снежный покров в Северном полушарии уменьшается;

Морской лед Северного полушария сокращается как по протяженности, так и по средней толщине;

Реки и озера замерзают позже, а оттаивают раньше;

Ледники и ледяные шапки тают во многих частях мира (как более подробно описано ниже); и

Осадки, экосистемы и другие экологические системы изменяются в соответствии с глобальным потеплением (многие из этих изменений также описаны ниже).

Основываясь на этих разнообразных, тщательно изученных и хорошо изученных доказательствах, ученые практически уверены в том, что климатическая система нагревается. Кроме того, ученые собрали широкий спектр «косвенных» доказательств, которые показывают, как менялись температуры и другие климатические свойства до того, как стали доступны прямые измерения. Эти косвенные данные получены из ледяных кернов, годичных колец, кораллов, озерных отложений, скважин и даже исторических документов и картин. Недавняя оценка этих данных и методов, использованных для их анализа, привела к выводу, что последние несколько десятилетий были теплее, чем любой другой сопоставимый период, по крайней мере, за последние 400 лет и, возможно, за последние 1000 лет или дольше (NRC, 2006b).

Климатическая система демонстрирует значительную естественную изменчивость

Климат Земли естественным образом изменяется в широком диапазоне временных масштабов, от сезонных колебаний (таких как особенно влажная весна, жаркое лето или снежная зима) до геологических временных масштабов в миллионы или даже миллиарды лет. Тщательный статистический анализ показал, что весьма маловероятно 6, что естественные колебания климатической системы могли вызвать наблюдаемое глобальное потепление, особенно в течение последних нескольких десятилетий. Однако естественные процессы вызывают существенные сезонные, межгодовые и даже межгодовые колебания, которые накладываются на долгосрочный тренд потепления, а также на существенные региональные различия. Улучшение понимания закономерностей естественной изменчивости и определение того, как они могут измениться с увеличением выбросов парниковых газов и глобальных температур,является важной областью активных исследований (см. конец этого раздела и главу 6).

На естественные колебания климата также могут влиять извержения вулканов, изменения излучения Солнца и изменения орбиты Земли вокруг Солнца. Крупные извержения вулканов, такие как извержение горы Пинатубо в 1991 году, могут извергать обильные количества аэрозолей в верхние слои атмосферы. Если извержение достаточно велико, эти аэрозоли могут отражать достаточно солнечного света обратно в космос, чтобы охладить поверхность планеты на несколько десятых градуса в течение нескольких лет.

Солнечная энергия точно измеряется спутниками с 1979 года, и эти измерения не показывают каких-либо общих тенденций в солнечной энергии за этот период. До эры спутников солнечная энергия оценивалась несколькими методами, в том числе методами, основанными на долгосрочных записях количества солнечных пятен, наблюдаемых каждый год, что является косвенным индикатором солнечной активности. Эти косвенные методы предполагают, что в течение первых нескольких десятилетий 20-го века произошло небольшое увеличение солнечной энергии, полученной Землей, что, возможно, способствовало повышению глобальной температуры в этот период (см. Рис. 2.2).

Возможно, наиболее ярким примером естественной изменчивости климата является цикл ледникового периода. Подробный анализ океанических отложений, ледяных кернов, геологических форм рельефа и других данных показывает, что, по крайней мере, последние 800000 лет и, вероятно, последние несколько миллионов лет, Земля переживала длительные периоды, когда температуры были намного ниже, чем сегодня, и толстые одеяла. льда покрыла большую часть Северного полушария (включая районы, в настоящее время занимаемые городами Чикаго, Нью-Йорком и Сиэтлом). Эти очень длительные периоды похолодания сменялись более короткими теплыми «межледниковыми» периодами, включая последние 10 000 лет. Благодаря конвергенции теории, наблюдений и

Как обсуждается в Приложении D, очень маловероятно означает, что вероятность того, что утверждение неверно, составляет менее 1 из 10.

моделируя, ученые пришли к выводу, что ледниковые периоды были инициированы небольшими повторяющимися изменениями орбиты Земли вокруг Солнца.

Выбросы и концентрация парниковых газов растут

Деятельность человека увеличила концентрацию CO 2 и некоторых других парниковых газов в атмосфере. Подробные записи о потреблении ископаемого топлива во всем мире показывают, что в настоящее время при сжигании ископаемого топлива в атмосферу ежегодно выделяется более 30 миллиардов тонн CO 2 (рис. 2.3, синяя кривая). Вырубка тропических лесов и другие изменения в землепользовании высвобождают от 3 до 5 миллиардов тонн ежегодно.

Точные измерения состава атмосферы на многих участках по всему миру показывают, что уровни CO 2 увеличиваются, в настоящее время со скоростью почти 2 части на миллион (ppm) в год. Мы знаем, что это увеличение в значительной степени является результатом деятельности человека, потому что химическая характеристика избыточного CO 2 в атмосфере может быть связана с составом CO 2 в выбросах от сжигания ископаемого топлива. Более того, анализ пузырьков, застрявших в ледяных кернах Гренландии и Антарктиды, показывает, что уровни CO 2 в атмосфере неуклонно повышаются с начала промышленной революции (обычно принимается за 1750 год; см. Рис. 2.3, красная кривая). Текущий CO 2 уровень (388 ppm на конец 2009 г.) выше, чем он был по крайней мере за 800 000 лет.

РИСУНОК 2.3Выбросы CO 2 в результате сжигания ископаемого топлива (синяя линия и правая ось) с 1800 по 2006 год и концентрации CO 2 в атмосфере (красная линия и левая ось) с 1847 по 2008 год. Подробнее см. Рисунки 6.2, 6.3 и 6.4. На основании данных Boden et al. (2009), Килинг и др. (2009) и Neftel et al. (1994).

Только 45 процентов CO 2, выбрасываемого в результате деятельности человека, остается в атмосфере; остальное поглощается океанами и поверхностью суши. Текущие оценки, основанные на сочетании прямых измерений и моделей, имитирующих экосистемные процессы и биогеохимические циклы, показывают, что экосистемы на поверхности суши ежегодно поглощают примерно вдвое больше CO 2, чем выбрасывается в результате обезлесения; таким образом, поверхность земли является чистым «стоком углерода». Океаны также являются чистым поглотителем углерода, но лишь часть СО 2, поглощаемого океанами, поглощается и используется морскими растениями; большая его часть соединяется с водой с образованием угольной кислоты, которая (как описано ниже) вредна для многих видов океанической жизни. Комбинированное воздействие роста CO 2 Уровни, изменение температуры и другие изменения климата в естественных экосистемах и в сельском хозяйстве описаны далее в этой главе и более подробно в Части II отчета.

Человеческая деятельность связана с чистым воздействием потепления на климат

Деятельность человека привела к повышению концентрации ряда парниковых газов, а также других агентов, влияющих на климат . Например, антропогенное увеличение CO 2 с начала промышленной революции связано с эффектом потепления, эквивалентным примерно 1,6 Вт энергии на квадратный метр поверхности Земли (рис. 2.4). Хотя это может показаться небольшим количеством энергии, если умножить его на площадь поверхности Земли, оно будет в 50 раз больше, чем общая мощность, потребляемая всеми видами человеческой деятельности.

Помимо CO 2 , в результате деятельности человека увеличились концентрации метана (CH 4 ), закиси азота (N 2 O), озона (O 3 ) и более десятка хлорфторуглеродов и связанных с ними газов. В совокупности общее потепление, связанное с выбросами парниковых газов, оценивается в 3,0 Вт на квадратный метр, или почти вдвое больше, чем воздействие только CO 2 . В то время как уровни CO 2 и N 2 O продолжают расти (в основном из-за сжигания ископаемого топлива и сельскохозяйственных процессов, соответственно), концентрации некоторых галогенированных газов в настоящее время снижаются в результате действий, предпринятых для защиты озонового слоя, и концентрация из CH 4 также, похоже, выровнялись (подробности см. в главе 6).

Деятельность человека также увеличила количество аэрозолей или частиц в атмосфере. Хотя эффекты этих частиц не так хорошо измерены или поняты, как эффекты парниковых газов, недавние оценки показывают, что они производят чистый охлаждающий эффект, который компенсирует некоторые, но не все, потепления, связанного с увеличением выбросов парниковых газов (см. Рис. 2.4). Люди также изменили поверхность суши Земли, например, заменив леса пахотными землями. В среднем по земному шару, по оценкам, эти изменения в землепользовании и растительном покрове увеличили количество солнечного света, который отражается обратно в

РИСУНОК 2.4 Воздействиеклимата, вызванное деятельностью человека и природными процессами, выраженное в ваттах на квадратный метр (энергия на единицу площади). Положительное нагнетание соответствует согревающему эффекту. См. Главу 6 для получения дополнительной информации. ИСТОЧНИК: Forster et al. (2007).

пространство, производя небольшой чистый охлаждающий эффект. Другая деятельность человека может влиять на местный и региональный климат, но оказывает лишь незначительное влияние на глобальный климат.

Процессы обратной связи определяют, как климатическая система реагирует на воздействие

Реакция климатической системы на увеличение выбросов парниковых газов и других факторов, влияющих на климат, находится под сильным влиянием процессов положительной и отрицательной обратной связи в климатической системе. Одним из примеров положительной обратной связи является обратная связь по водяному пару. Водяной пар является наиболее важным парниковым газом с точки зрения его вклада в естественную экологию.

эффект дома (см. рисунок 6.1), но изменения водяного пара не считаются климатическим воздействием, поскольку его концентрация в нижних слоях атмосферы контролируется в основном (естественными) процессами испарения и выпадения осадков, а не деятельностью человека. Поскольку скорость испарения и способность воздуха удерживать водяной пар увеличиваются по мере того, как климатическая система нагревается, небольшое начальное потепление увеличит количество водяного пара в воздухе, усиливая начальное потепление - петлю положительной обратной связи. Если, с другой стороны, первоначальное потепление вызовет увеличение количества низколежащих облаков, которые, как правило, охлаждают Землю, отражая солнечное излучение обратно в космос (особенно когда они происходят над океанскими районами), это будет иметь тенденцию чтобы компенсировать некоторое первоначальное потепление - отрицательная обратная связь.Другие важные обратные связи включают изменения в других типах облаков, свойствах поверхности суши, биогеохимических циклах, вертикальном профиле температуры в атмосфере и циркуляции атмосферы и океанов - все это происходит в разных временных масштабах и взаимодействует друг с другом в в дополнение к прямому реагированию на изменение температуры.

Коллективный эффект всех процессов обратной связи определяет чувствительность климатической системы или степень нагрева или охлаждения системы в ответ на определенное воздействие. Для оценки чувствительности климата использовались различные методы, которые обычно выражаются как изменение температуры, ожидаемое, если уровни CO 2 в атмосфере в два раза превышают доиндустриальные значения, а затем остаются на этом уровне до тех пор, пока климатическая система не достигнет равновесия, без учета всех других климатических воздействий. Большинство из этих оценок показывают, что ожидаемое потепление из-за удвоения CO 2составляет от 3,6 ° F до 8,1 ° F (от 2,0 ° C до 4,5 ° C), с наилучшей оценкой 5,4 ° F (3,0 ° C). К сожалению, разнообразие и сложность процессов, происходящих в климатической системе, означает, что даже при постоянном прогрессе в понимании обратных связей климата точная чувствительность климатической системы останется в некоторой степени неопределенной. Тем не менее, оценки чувствительности климата являются полезным показателем для оценки причин наблюдаемого изменения климата и оценки того, насколько Земля в конечном итоге нагреется в результате деятельности человека.

Глобальное потепление может быть связано с деятельностью человека

Многие доказательства подтверждают вывод о том, что большая часть наблюдаемого потепления с начала 20-го века, и особенно за последние несколько десятилетий, может быть отнесена к деятельности человека, включая следующее:

Температура поверхности Земли явно выросла за последние 100 лет, в то время как деятельность человека привела к резкому увеличению выбросов CO 2 и других парниковых газов.

И основная физика парникового эффекта, и более подробные расчеты.

Согласно положениям, увеличение выбросов парниковых газов в атмосфере должно приводить к потеплению поверхности Земли и нижних слоев атмосферы.

Вертикальная картина наблюдаемого потепления - с потеплением в самом нижнем слое атмосферы и похолоданием непосредственно над ним - согласуется с потеплением, вызванным увеличением выбросов парниковых газов, и несовместима с другими возможными причинами (см. Ниже).

Детальное моделирование с использованием новейших компьютерных моделей климатической системы может воспроизвести наблюдаемую тенденцию и закономерности потепления только при учете антропогенных выбросов парниковых газов.

Кроме того, были тщательно изучены другие возможные причины наблюдаемого потепления:

Как описано выше, климатическая система естественным образом изменяется в широком диапазоне временных масштабов, но строгая статистическая оценка наблюдаемых климатических тенденций, подкрепленная анализом с использованием климатических моделей, показывает, что наблюдаемое потепление, особенно потепление с конца 1970-х годов, невозможно. отнесены к естественным вариациям.

Спутниковые измерения убедительно показывают, что солнечная энергия не увеличивалась за последние 30 лет, поэтому увеличение солнечной энергии не может быть причиной недавнего потепления. Есть свидетельства того, что некоторое потепление, наблюдавшееся в течение первых нескольких десятилетий 20-го века, могло быть вызвано небольшим всплеском солнечной энергии, хотя этот вывод гораздо менее определен.

Прямые измерения также показывают, что количество космических лучей, которые, по предположениям некоторых ученых, могут влиять на формирование облаков и, следовательно, на климат, за последние 30 лет не уменьшилось и не увеличилось. Более того, правдоподобный механизм, с помощью которого космические лучи могут влиять на климат, не был продемонстрирован.

Основываясь на этих и других доказательствах, Группа экспертов по развитию науки об изменении климата вместе с подавляющим большинством ученых-климатологов (Rosenberg et al., 2010) пришли к выводу, что большая часть наблюдаемого потепления с начала 20 века , и большая часть потепления за последние несколько десятилетий может быть отнесена на счет деятельности человека.

Модели и сценарии используются для оценки будущего изменения климата

Чтобы спрогнозировать будущие изменения в климатической системе, ученые должны сначала оценить, как выбросы парниковых газов и другие климатические воздействия (такие как аэрозоли и землепользование) будут меняться с течением времени. Поскольку будущее невозможно предсказать с уверенностью, большое количество

разработаны различные сценарии , в каждом из которых используются различные предположения о будущих экономических, социальных, технологических и экологических условиях. Эти сценарии со временем усложняются, и самые последние усилия по разработке сценариев включают сложные модели производства и использования энергии, экономической деятельности и возможного влияния различных действий климатической политики на будущие выбросы. Изменение климата в будущем, как и изменение климата в прошлом, также зависит от естественных климатических изменений, которые модулируют ожидаемую тенденцию к потеплению.

После разработки будущих сценариев воздействия климатические модели используются для моделирования того, как эти изменения в выбросах парниковых газов и других факторов воздействия на климат приведут к изменениям в климатической системе. Климатические модели - это компьютерные представления атмосферы, океанов, криосферы, поверхности суши и других компонентов климатической системы. Все климатические модели основаны на законах физики и химии, которые управляют движением и составом атмосферы и океанов. Наиболее сложные версии этих моделей, называемые моделями системы Земля. - включать изображения широкого спектра дополнительных физических, химических и биологических процессов, таких как химия атмосферы и экосистемы на суше и в океанах. Разрешающая способность климатических моделей также неуклонно растет, хотя глобальные модели все еще не в состоянии разрешить такие мелкие детали, как отдельные облака, поэтому эти мелкомасштабные процессы необходимо аппроксимировать в глобальных моделях.

После десятилетий разработок исследовательскими группами в Соединенных Штатах и ​​во всем мире и тщательного тестирования на основе наблюдений за климатом в течение последнего столетия и в более далеком прошлом ученые уверены, что климатические модели способны охватить многие важные аспекты климатической системы. . Ученые также уверены, что климатические модели дают разумный прогноз будущих изменений климата, которых можно ожидать на основе конкретного сценария будущих выбросов парниковых газов, по крайней мере, в крупных (от континентального до глобального) масштабах. Разнообразие масштабированиябыли разработаны методы прогнозирования будущих изменений климата в региональном и местном масштабах. Эти методы не так хорошо отработаны и проверены, как модели глобального климата, и их результаты отражают неопределенности как в основных глобальных проекциях, так и в региональных климатических процессах. Следовательно, прогнозы изменения климата на региональном и местном уровнях, как правило, гораздо более неопределенны, чем крупномасштабные изменения. Другие ключевые источники неопределенности в прогнозах будущего изменения климата включают (1) неопределенность в отношении будущего воздействия на климат, особенно того, как человеческое общество будет производить и использовать энергию в предстоящие десятилетия; (2) процессы, которые не включены или не представлены в моделях, такие как изменения ледникового покрова, а также определенные процессы землепользования и экосистемы; и (3) вероятность того, что могут произойти резкие изменения или другие климатические «сюрпризы» (см. ниже).

Прогнозы будущего изменения климата указывают на продолжающееся потепление

Самая последняя на сегодняшний день работа по всестороннему моделированию включает более 20 различных современных климатических моделей со всего мира. Каждая из этих климатических моделей прогнозирует будущее изменение климата на основе ряда различных сценариев будущих выбросов парниковых газов и других изменений климата. Продолжающееся потепление прогнозируется всеми моделями, но траектория и общая величина потепления варьируются от модели к модели и от разных сценариев будущего воздействия на климат. Основываясь на этих результатах, МГЭИК оценивает, что к концу 21 века средняя глобальная температура поверхности вырастет еще на 2,0 ° F до 11,5 ° F (с 1,1 ° C до 6,4 ° C) по сравнению со средним показателем 1980–1999 годов. Большой разброс этих цифр связан с неопределенностью не только в том, насколько именно климатическая система нагреется в ответ на продолжающиеся выбросы парниковых газов,но также и неуверенность в том, как будут развиваться выбросы парниковых газов в будущем. 7 Следовательно, выбор, который человеческое общество сделает в течение следующих нескольких десятилетий, будет иметь огромное влияние на масштабы будущего изменения климата.

Как и в случае с наблюдаемым изменением климата на сегодняшний день, существуют широкие географические различия в величине потепления в будущем, с гораздо более сильным прогнозируемым потеплением над высокими широтами и над сушей (см. Рисунок 2.5). Согласно прогнозам, в Соединенных Штатах в течение XXI века температуры существенно повысятся при всех прогнозах будущего изменения климата (USGCRP, 2009a). Повышение температуры в течение следующих нескольких десятилетий в первую очередь отражает прошлые выбросы и, таким образом, одинаково для разных сценариев будущих выбросов парниковых газов. Однако к середине века и особенно в конце века сценарии с более высокими выбросами (например, сценарии с продолжающимся ростом глобальных выбросов ПГ) приводят к гораздо более высоким температурам, чем сценарии с более низкими выбросами.

Прогнозируется множество дополнительных климатических и связанных с климатом изменений

Прогнозируется, что помимо повышения средних глобальных температур, множество других климатических переменных претерпят значительные изменения в 21 веке, как и в прошлом веке. Например, очень вероятно 8, что

Волны жары станут более интенсивными, более частыми и продолжительными, в то время как частота экстремальных холода продолжит уменьшаться;

Площадь снега и льда продолжит уменьшаться;

Интенсивность выпадения осадков будет продолжать расти;

Как обсуждалось в главе 6, ни один из сценариев, рассмотренных в рамках этого моделирования, не пытался представить, как меры климатической политики могут повлиять на будущие выбросы парниковых газов.