Глобальное затемнение - Global dimming

Десятки пожаров, горящих на поверхности (красные точки), и толстый слой дыма и дымки (сероватые пиксели), заполняющий небо над головой в Восточном Китае . Дым, загрязнение и другие частицы воздуха связаны с глобальным затемнением. Фотография сделана MODIS на борту спутника НАСА Aqua .

Глобальное затемнение - это уменьшение количества глобального прямого излучения на поверхности Земли, которое наблюдается с начала систематических измерений в 1950-х годах. Эффект варьируется в зависимости от местоположения, но, по оценкам, во всем мире он снизится на 4–20%. Однако, если не учитывать аномалию, вызванную извержением вулкана Пинатубо в 1991 году , наблюдается очень небольшой разворот общей тенденции.

Считается, что глобальное затемнение было вызвано увеличением количества твердых частиц или аэрозолей, таких как сульфатные аэрозоли, в атмосфере из-за деятельности человека. Это нарушило гидрологический цикл , уменьшив испарение, и, возможно, уменьшило количество осадков в некоторых областях. Глобальное затемнение считается ведущим фактором голода в Эфиопии 1984 года, поскольку в тропиках снижается температура, вызванная ежегодными муссонами , или сезоном дождей .

Причины

Считается, что глобальное затемнение, вероятно, связано с повышенным присутствием аэрозольных частиц в атмосфере Земли , вызванным загрязнением , пылью или извержениями вулканов . Аэрозоли и другие твердые частицы поглощают солнечную энергию и отражают солнечный свет обратно в космос. Загрязняющие вещества также могут стать ядрами облачных капель. Капли воды в облаках сливаются вокруг частиц. Повышенное загрязнение приводит к появлению большего количества твердых частиц и тем самым создает облака, состоящие из большего числа более мелких капель (то есть такое же количество воды распространяется на большее количество капель). Более мелкие капли делают облака более отражающими , так что больше поступающего солнечного света отражается обратно в космос и меньше достигает поверхности Земли. Этот же эффект также отражает излучение снизу, удерживая его в нижних слоях атмосферы. В моделях эти более мелкие капли также уменьшают количество осадков.

Облака улавливают как тепло от солнца, так и тепло, излучаемое Землей. Их эффекты сложны и различаются по времени, местоположению и высоте. Обычно в дневное время преобладает перехват солнечного света, дающий охлаждающий эффект; однако ночью повторное излучение тепла на Землю замедляет тепловые потери Земли.

Фотография НАСА, показывающая следы от самолетов и естественные облака. Временное исчезновение инверсионных следов над Северной Америкой из-за посадки самолетов на мель после атак 11 сентября 2001 г. и связанное с этим увеличение диапазона суточных температур дало эмпирические доказательства влияния тонких ледяных облаков на поверхность Земли.

Неполное сгорание ископаемого топлива (например, дизельного топлива ) и древесины приводит к выбросу черного углерода в воздух. Хотя черный углерод, большая часть которого представляет собой сажу , является чрезвычайно незначительным компонентом загрязнения воздуха на уровне поверхности суши, это явление оказывает значительный нагревательный эффект на атмосферу на высоте более двух километров (6562 фута). Кроме того, он затемняет поверхность океана, поглощая солнечную радиацию.

Эксперименты на Мальдивах (сравнение атмосферы над северными и южными островами) в 1990-х годах показали, что влияние макроскопических загрязнителей в атмосфере в то время (унесенных к югу от Индии ) вызвало примерно 10% -ное сокращение количества солнечного света, достигающего поверхности в площадь под азиатским коричневым облаком - гораздо большее сокращение, чем ожидалось из-за присутствия самих частиц. До начала исследования предсказывалось, что влияние твердых частиц составляет 0,5–1% ; отклонение от прогноза может быть объяснено образованием облаков с частицами, действующими как фокус для создания капель.

Феномен, лежащий в основе глобального затемнения, также может иметь региональные последствия. В то время как большая часть Земли нагрелась, регионы, которые находятся под ветром от основных источников загрязнения воздуха (в частности, выбросов диоксида серы), в целом охладились. Это может объяснить похолодание восточной части США по сравнению с потеплением западной части.

Однако некоторые исследования показывают, что черный углерод усилит глобальное потепление, уступая только CO 2 . Они считают, что сажа будет поглощать солнечную энергию и переносить ее в другие области, такие как Гималаи, где происходит таяние ледников. Он также может затемнять арктический лед, уменьшая отражательную способность и увеличивая поглощение солнечной радиации.

Бортовый вулканический пепел может отражать солнечные лучи обратно в космос и тем самым способствовать охлаждению планеты. Понижения температуры Земли наблюдались после извержений крупных вулканов, таких как гора Агунг на Бали, извергавшаяся в 1963 году, Эль-Чичон (Мексика) в 1983 году, Руис (Колумбия) в 1985 году и Пинатубо (Филиппины) в 1991 году. облака остаются только на относительно короткие периоды времени. Также было высказано предположение, что сегодняшнее быстрое изменение климата может усилить вулканическую активность.

Инверсионные следы и облака

В одном исследовании была высказана теория о том, что инверсионные следы от самолетов (также называемые следами паров) участвуют в региональном охлаждении, но постоянный поток воздушного движения ранее означал, что это невозможно проверить. Практически полное прекращение движения гражданских воздушных судов в течение трех дней после терактов 11 сентября 2001 года предоставило уникальную возможность наблюдать за климатом Соединенных Штатов без следа инверсионных следов. В течение этого периода в некоторых частях США наблюдалось увеличение суточных колебаний температуры на 1,1 ° C (1,8 ° F), т.е. инверсионные следы самолетов могли повышать ночную температуру и / или понижать дневную температуру намного сильнее, чем считалось ранее. Однако последующее исследование связывало облачность с изменением температуры. Авторы писали: «Изменения в высокой облачности, включая инверсионные следы и перистые облака, вызванные инверсионным следом, вносят слабый вклад в изменения дневного диапазона температур, который в основном определяется облаками на более низкой высоте, ветром и влажностью».

Разворот

Согласно спутниковым оценкам, количество солнцезащитных аэрозолей во всем мире неуклонно сокращалось (красная линия) после извержения горы Пинатубо в 1991 году . Предоставлено: Михаил Мищенко, НАСА.

Wild et al. , используя измерения над сушей, сообщают об увеличении яркости с 1990 года, а Pinker et al. обнаружили, что небольшое затемнение продолжалось над сушей, в то время как над океаном происходило повышение яркости. Следовательно, над земной поверхностью Wild et al. и Pinker et al. не согласен. Спутниковое исследование, спонсируемое НАСА в 2007 году, проливает свет на озадачивающие наблюдения других ученых о том, что количество солнечного света, достигающего поверхности Земли, в последние десятилетия неуклонно сокращалось, а примерно в 1990 году начало меняться. Тенденция «осветления» возникла как раз тогда, когда глобальные уровни аэрозолей начали снижаться.

Вероятно, что по крайней мере некоторые из этих изменений, особенно в Европе, связаны с уменьшением загрязнения воздуха. Большинство правительств развитых стран предприняли шаги по сокращению выбросов аэрозолей в атмосферу, что помогает уменьшить глобальное затемнение.

С 1970 года количество сульфатных аэрозолей значительно сократилось с принятием Закона о чистом воздухе в США и аналогичной политики в Европе. Закон о чистом воздухе был усилен в 1977 и 1990 годах. По данным EPA , с 1970 по 2005 год общие выбросы шести основных загрязнителей воздуха, включая ТЧ, снизились на 53% в США. В 1975 году наконец начали проявляться замаскированные эффекты захваченных парниковых газов, и с тех пор они преобладают.

Базовые поверхности Излучение сети (БСРН) осуществляет сбор измерений на поверхности. BSRN был запущен в начале 1990-х и обновлял архивы в это время. Анализ последних данных показывает, что за последнее десятилетие поверхность планеты посветлела примерно на 4%. Тенденция повышения яркости подтверждается и другими данными, включая спутниковый анализ.

Связь с глобальным потеплением

Некоторые ученые теперь считают, что эффекты глобального затемнения значительно замаскировали эффект глобального потепления и что решение проблемы глобального затемнения может, таким образом, привести к увеличению будущего повышения температуры. По словам Беате Липерт, «мы жили в условиях глобального потепления и глобального затемнения, а теперь мы убираем глобальное затемнение. В итоге мы получаем мир глобального потепления, который будет намного хуже, чем мы думали, гораздо жарче. . " Масштабы этого маскирующего эффекта - одна из центральных проблем текущего изменения климата, имеющая значительные последствия для будущих изменений климата и ответных мер политики на глобальное потепление.

Взаимодействие между двумя теориями изменения климата также изучалось, поскольку глобальное потепление и глобальное затемнение не исключают друг друга и не противоречат друг другу. В статье, опубликованной 8 марта 2005 г. в журнале Geophysical Research Letters Американского геофизического союза, группа исследователей под руководством Анастасии Романоу с факультета прикладной физики и математики Колумбийского университета, Нью-Йорк, также показала, что явно противостоящие силы глобального потепления и глобального потепления. затемнение может происходить одновременно. Глобальное затемнение взаимодействует с глобальным потеплением, блокируя солнечный свет, который в противном случае вызвал бы испарение, а частицы связывались с каплями воды. Водяной пар является основным парниковым газом. С другой стороны, на глобальное затемнение влияют испарение и дождь. Дождь очищает загрязненное небо.

По словам Вирабхадрана Раманатана, атмосферного химика из Океанографического института Скриппса в Ла-Хойе, Калифорния, было обнаружено, что коричневые облака усиливают глобальное потепление. «Принято считать, что коричневые облака замаскировали до 50 процентов глобального потепления парниковыми газами за счет так называемого глобального затемнения ... Хотя это верно в глобальном масштабе, это исследование показывает, что над южной и восточной Азией частицы сажи в коричневые облака фактически усиливают тенденцию к потеплению атмосферы, вызванную парниковыми газами, на целых 50 процентов ».

Некоторые ученые предложили использовать аэрозоли для предотвращения последствий глобального потепления в качестве экстренной геоинженерной меры. В 1974 году Михаил Будыко предположил, что, если глобальное потепление станет проблемой, планету можно будет охладить за счет сжигания серы в стратосфере, что создаст дымку. Увеличение планетарного альбедо всего на 0,5 процента достаточно, чтобы вдвое уменьшить эффект удвоения CO 2 .

Самым простым решением было бы просто выбросить больше сульфатов, которые в конечном итоге оказались бы в тропосфере - самой нижней части атмосферы. Если бы это было сделано, Земля все еще столкнулась бы со многими проблемами, такими как:

  • Использование сульфатов вызывает экологические проблемы, такие как кислотные дожди.
  • Использование технического углерода вызывает проблемы со здоровьем человека
  • Затемнение вызывает экологические проблемы, такие как изменение режима испарения и осадков.
  • Засуха и / или увеличение количества осадков создают проблемы для сельского хозяйства
  • Аэрозоль имеет относительно короткий срок службы

Предлагаемое решение - перенос сульфатов в следующий более высокий слой атмосферы - стратосферу . Аэрозоли в стратосфере последние годы, а не недели, поэтому потребуется лишь относительно меньшее (хотя и все же большое) количество выбросов сульфатов, и побочные эффекты будут меньше. Это потребует разработки эффективного способа транспортировки больших количеств газов в стратосферу, многие из которых были предложены, хотя ни один из них не известен как эффективный или экономически жизнеспособный.

В своем сообщении в блоге Гэвин Шмидт заявил, что «Идеи о том, что мы должны увеличить выбросы аэрозолей, чтобы противодействовать глобальному потеплению, были описаны как« фаустовская сделка », потому что это будет означать постоянно увеличивающееся количество выбросов, чтобы соответствовать накопленным парниковым газам в атмосферы с постоянно растущими денежными расходами и расходами на здоровье ".

Связь с гидрологическим циклом

На этом рисунке показан уровень согласия между климатической моделью, основанной на пяти факторах, и историческими данными о температуре . Отрицательный компонент, обозначенный как «сульфат», связан с выбросами аэрозолей, причиной которых является глобальное затемнение.

Загрязнение, производимое людьми, может серьезно ослабить круговорот воды на Земле, уменьшая количество осадков и угрожая запасам пресной воды. Исследование 2001 года, проведенное учеными из Института океанографии Скриппса, предполагает, что крошечные частицы сажи и других загрязнителей оказывают значительное влияние на гидрологический цикл. По словам Вирабхадрана Раманатана , «энергия для гидрологического цикла исходит от солнечного света. Когда солнечный свет нагревает океан, вода ускользает в атмосферу и выпадает в виде дождя. Так как аэрозоли сокращают солнечный свет в больших количествах, они могут замедлять гидрологический поток. цикл планеты ".

Крупномасштабные изменения погодных условий также могли быть вызваны глобальным затемнением. Специалисты по моделированию климата предположительно предполагают, что это снижение солнечной радиации на поверхности могло привести к отказу от муссонов в странах Африки к югу от Сахары в 1970-х и 1980-х годах, а также к связанным с этим голодом, таким как засуха в Сахеле , вызванный похолоданием из-за загрязнения в Северном полушарии. Atlantic . Из-за этого пояс тропических дождей, возможно, не поднялся до своих северных широт, что привело к отсутствию сезонных дождей. Это утверждение не является общепринятым, и его очень сложно проверить. Однако исследование, проведенное в Китае за 50 лет непрерывных данных в 2009 году, показало, что, хотя в большей части восточного Китая не наблюдалось значительных изменений в количестве воды, удерживаемой атмосферой, количество легких дождей уменьшилось. Затем исследователи смоделировали эффект аэрозолей, а также пришли к выводу, что общий эффект заключается в том, что капли воды в загрязненных случаях на 50 процентов меньше, чем в чистом небе. Они пришли к выводу, что меньший размер препятствует образованию дождевых облаков, а выпадение небольшого дождя полезно для сельского хозяйства. Это был другой эффект, чем уменьшение солнечного излучения, но все же прямой результат присутствия аэрозолей.

Исследование 2001 года, проведенное учеными из Института океанографии Скриппса, пришло к выводу, что дисбаланс между глобальным затемнением и глобальным потеплением на поверхности приводит к более слабым турбулентным тепловым потокам в атмосферу. Это означает снижение испарения в глобальном масштабе и, следовательно, осадки в более тусклом и теплом мире, что в конечном итоге может привести к более влажной атмосфере, в которой идет меньше дождей.

Естественная форма крупномасштабного воздействия окружающей среды на развитие тропических циклонов происходит от пыли пустыни Сахара , когда дрейфующий песок и нагруженный минеральными частицами воздух движутся над Атлантическим океаном . Частицы отражают и поглощают солнечный свет, меньше солнечных лучей достигает слоев поверхности Земли, что приводит к более прохладным температурам воды и поверхности земли, а также к меньшему образованию облаков, что впоследствии замедляет развитие ураганов.

Исследовать

В конце 1960-х Михаил Иванович Будыко работал с простыми двумерными климатическими моделями энергетического баланса для исследования отражательной способности льда. Он обнаружил, что обратная связь лед-альбедо создает положительную обратную связь в климатической системе Земли. Чем больше снега и льда, тем больше солнечной радиации отражается обратно в космос, и, следовательно, чем холоднее становится Земля и тем больше идет снег. Другие исследования показали, что загрязнение окружающей среды или извержение вулкана могут спровоцировать наступление ледникового периода.

В 1980-х годах Ацуму Омура , исследователь географии из Швейцарского федерального технологического института , обнаружил, что солнечная радиация , падающая на поверхность Земли, снизилась более чем на 10% за три предыдущих десятилетия. Его выводы, казалось, противоречили глобальному потеплению - глобальная температура в целом повышалась с 70-х годов. Меньше света, достигающего Земли, казалось, означало, что она должна остыть. Вскоре за этим последовали другие: Вийви Руссак в 1990 году «Тенденции солнечной радиации, облачности и прозрачности атмосферы в Эстонии за последние десятилетия» и Беате Липерт в 1994 году «Солнечная радиация в Германии - наблюдаемые тенденции и оценка их причин». Затемнение наблюдалось также на объектах по всему бывшему Советскому Союзу. Джерри Стэнхилл, изучавший это снижение по всему миру во многих статьях, ввел термин «глобальное затемнение».

Независимые исследования, проведенные в Израиле и Нидерландах в конце 1980-х годов, показали очевидное уменьшение количества солнечного света, несмотря на широко распространенные свидетельства того, что климат становится жарче. Скорость затемнения варьируется по всему миру, но в среднем оценивается примерно в 2–3% за десятилетие. В начале 1990-х годов тенденция изменилась. Трудно провести точное измерение из-за сложности точной калибровки используемых инструментов и проблемы пространственного охвата. Тем не менее эффект почти наверняка присутствует.

Эффект (2–3%, как указано выше) обусловлен изменениями в атмосфере Земли; величина солнечной радиации в верхней части атмосферы не изменилась более чем на долю этой величины.

Смог , видимый здесь, на мосту Золотые Ворота , вероятно, способствует глобальному затемнению.

Эффект сильно различается по планете, но оценки среднего значения земной поверхности:

  • 5,3% (9 Вт / м 2 ); за 1958–85 (Stanhill and Moreshet, 1992)
  • 2% за десятилетие в период с 1964 по 1993 год (Gilgen et al. , 1998)
  • 2,7% / декада (всего 20 Вт / м 2 ); до 2000 г. (Stanhill and Cohen, 2001)
  • 4% за 1961–1990 годы (Liepert 2002)

Обратите внимание, что эти числа относятся к поверхности Земли, а не к среднему глобальному значению. Произошло ли затемнение (или повышение яркости) над океаном, было немного неизвестно, хотя конкретные измерения измеряли эффекты примерно в 400 милях (643,7 км) от Индии через Индийский океан в направлении Мальдивских островов. Региональные эффекты, вероятно, преобладают, но не ограничиваются строго сушей, и эффекты будут определяться региональной циркуляцией воздуха. Обзор 2009 г., проведенный Wild et al. обнаружили, что широко распространенные вариации в региональных и временных эффектах. На многих станциях в Европе, США и Корее было солнечное прояснение после 2000 года. Повышение яркости, наблюдавшееся на участках Антарктиды в 1990-х годах под влиянием восстановления после извержения вулкана Пинатубо в 1991 году, исчезает после 2000 года. Тенденция повышения яркости также, кажется, выравнивается на участках в Японии. В Китае есть некоторые признаки возобновления затемнения после стабилизации в 1990-х годах. Продолжение длительного затемнения отмечается также на объектах в Индии. В целом, имеющиеся данные предполагают продолжение повышения яркости после 2000 года во многих местах, но менее выраженное и последовательное, чем в 1990-е годы, с большим количеством регионов без явных изменений или спадов. Таким образом, в глобальном масштабе парниковое потепление после 2000 года может в меньшей степени зависеть от колебаний поверхностного солнечного излучения, чем в предыдущие десятилетия. Наибольшее сокращение наблюдается в средних широтах Северного полушария. Кажется, что больше всего страдают видимый свет и инфракрасное излучение, а не ультрафиолетовая часть спектра.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки