Ясное небо может ускорить глобальное потепление
Когда 2023 год оказался самым жарким годом в истории, это подтвердило предупреждения некоторых видных учёных-климатологов, в том числе Джеймса Хансена, о том, что темпы глобального потепления ускоряются и вступили в новую опасную фазу. Новое исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, предполагает одну из причин такого ускорения: небо Земли становится яснее и пропускает больше солнечного света.
Исследование было вызвано набором космических инструментов НАСА, которые с 2001 года отслеживают хрупкий баланс энергии, поступающей на планету и покидающей ее. За последнее десятилетие инструменты, называемые «Облака и система лучистой энергии Земли» (CERES), обнаружили заметный рост количества солнечной энергии, которую поглотила планета, — намного превосходя потепление, ожидаемое из-за роста выбросов парниковых газов. Показания показывают, что планета стала менее отражающей, как будто она недавно надела более темную рубашку. По словам исследователей, одной из причин является снижение светоотражающего загрязнения из-за скрубберов на электростанциях и более чистого топлива. Они подсчитали, что более чистый воздух может составлять 40% увеличения энергии, нагревающей планету в период с 2001 по 2019 год.
Ученые-климатологи давно знают, что снижение уровня загрязнения может привести к потеплению: частицы загрязнения или аэрозоли не только отражают свет в космос, но также могут увеличивать количество капель в облаках, заставляя их становиться ярче или сохраняться дольше. (Два года назад сокращение использования аэрозолей стало заметным в глобальном масштабе). Но климатические модели, используемые в новом исследовании, объясняют поразительное потепление снижением загрязнения, говорит Ойвинд Ходнеброг, разработчик моделей Норвежского Центра международных исследований климата, который руководил работой. «Для меня это стало откровением, то, что это имело такой большой эффект».
Однако падающее загрязнение может быть не единственной причиной более яркого неба, обнаруженного CERES, и эта тенденция усилилась после 2015 года. Модели не смогли объяснить до 40% дополнительного поглощенного света, а данные CERES показывают, что отражательная способность падает в обоих полушариях, тогда как загрязнение больше всего упало на севере. Оба этих наблюдения предполагают, что другие факторы могут снижать отражательную способность Земли: таяние снега и льда обнажают более темную землю, а потепление может привести к тому, что низкие морские облака рассеются, обнажая темный океан. Изменения ветров и океанских течений также могут изменить поведение облаков, сделав их менее отражающими. Модели нового исследования, возможно, преувеличивают влияние аэрозолей, говорит Бьорн Стивенс, климатолог из Института метеорологии Макса Планка. «Если модели слишком чувствительны к аэрозолям, как думают некоторые из нас, это заставит нас смотреть в неправильном направлении».
По своей сути глобальное потепление – это игра маленьких чисел. Солнце бомбардирует Землю огромным количеством энергии, и подавляющее большинство ее отражается или быстро переизлучается в виде инфракрасного тепла. Но если атмосфера удерживает немного больше тепла или отражает немного меньше солнечного света, все становится жарко и быстро. В стабильные времена, когда уровень загрязнения не снижается или парниковых газов не растет, этот энергетический бюджет сбалансирован. Но на протяжении десятилетий у него был профицит.
С помощью шести приборов, установленных на четырех спутниках, радиометры CERES измеряют отраженный солнечный свет и инфракрасное тепло, а также отображают наблюдаемую сцену, включая облачный покров. Из-за ошибок измерения системы небольшие изменения трудно различить. Но в последние несколько лет «стало ясно, что тенденции данных CERES вышли из шума», — говорит Гэвин Шмидт, директор Института космических исследований имени Годдарда НАСА. Текущий энергетический дисбаланс в настоящее время увеличился вдвое по сравнению с тем, что было с 2005 по 2015 год.
Чтобы объяснить изменения, нанесенные CERES, Ходнеброг и его коллеги несколько раз запускали три разные версии четырех климатических моделей, диктуя температуру океана, чтобы модели примерно соответствовали погодным условиям, наблюдаемым с 2001 по 2019 год. Одна версия оставила загрязнение воздуха на уровне 2000 года, другой оставил выбросы парниковых газов на уровне 2000 года, а третий позволил обоим развиваться, чтобы лучше имитировать изменения в реальном мире. Изучив различия между этими экспериментами, они могли бы затем грубо определить причины увеличения поглощения энергии, измеренного CERES.
Новое исследование подчеркивает важную роль, которую аэрозоли будут играть по мере того, как Земля продолжает нагреваться, а также необходимость постоянно обновлять модели, говорит Тиффани Шоу, специалист по динамике климата из Чикагского университета. Небо станет только яснее, когда в Китае вступят в силу меры контроля за загрязнением окружающей среды, а вскоре ожидается, что Индия последует за ними. Уменьшение количества аэрозолей также изменит погоду в регионе: более чистый воздух приведет к более слабым евразийским реактивным течениям, более слабым азиатским муссонам, усилению экстремальной жары и ослаблению летних штормов в северных широтах.
Исследование также показывает, что сокращение загрязнения воздуха может занять несколько десятилетий, чтобы оказать полное воздействие на климат, говорит Йоханнес Куаас, ученый-климатолог из Лейпцигского университета. Небольшого количества аэрозолей достаточно, чтобы осветлить облака, а это означает, что в загрязненных регионах отражательная способность облаков не падает до тех пор, пока небо значительно не прояснится, говорит Куаас. По его словам, нынешний эффект потепления от более чистого воздуха над Европой и восточными Соединенными Штатами отражает меры контроля за чистотой воздуха, принятые в 1990-х годах.
К сожалению, запись CERES находится под угрозой краха, говорит Норман Леб, главный исследователь CERES в Исследовательском центре НАСА в Лэнгли. Четыре его инструмента находятся на стареющих спутниках Аква и Терра, которым осталось всего несколько лет жизни; пятый находится на метеорологическом спутнике, срок действия которого, скорее всего, закончится в этом десятилетии. Остаётся один прибор — на метеорологическом спутнике NOAA-20. А преемник проекта, Либера, вряд ли начнет работу до 2028 года. По оценкам Леба, вероятность возникновения пробела составляет один к трем. «Определенно существует серьезный риск». Когда дело доходит до климата, некоторые рекорды должны сохраняться, и НАСА должно помнить об этом, говорит Шмидт. «Настоящая наука исходит из преемственности, а не просто из новых измерений».
В дальнейшем Шмидт возглавляет усилия более 20 центров моделирования климата, чтобы больше узнать о данных CERES, причем моделирование проводилось, по крайней мере, с 1990 по 2021 год. По словам Ходнеброга, эти усилия могут дать представление о рекордной жаре, которую сейчас испытывает планета. По его словам, энергетический дисбаланс CERES резко возрос в начале 2023 года, но даже после того, как эта энергия привела к рекордному теплу, дисбаланс оставался необычайно высоким, говорит он. «Это тревожный знак».