Земля улавливает гораздо больше тепла, чем прогнозируют климатические модели, — и его объём удвоился за последние 20 лет.
Как измерить климатические изменения?
Один из способов — записывать температуры в разных местах в течение длительного периода времени. Хотя этот метод работает хорошо, естественные колебания могут затруднить выявление долгосрочных тенденций.
Но другой подход может дать нам очень чёткое представление о том, что происходит: отслеживать, сколько тепла поступает в атмосферу Земли и сколько тепла уходит. Это энергетический баланс Земли, и сейчас он серьёзно нарушен.
Недавние исследования
Наше недавнее исследование обнаружило, что этот дисбаланс более чем удвоился за последние 20 лет. Другие исследователи пришли к таким же выводам. Этот дисбаланс теперь значительно больше, чем предполагалось климатическими моделями.
В середине 2000-х годов энергетический дисбаланс составлял в среднем около 0,6 ватт на квадратный метр (Вт/м²) в среднем. В последние годы среднее значение составило около 1,3 Вт/м². Это означает, что скорость, с которой энергия накапливается вблизи поверхности планеты, удвоилась.
Выводы
Эти результаты позволяют предположить, что климатические изменения могут ускориться в ближайшие годы. Более того, этот тревожный дисбаланс возникает даже на фоне неопределённости финансирования в Соединённых Штатах, которая угрожает нашей способности отслеживать потоки тепла.
Энергетический баланс Земли функционирует примерно как ваш банковский счёт, где деньги поступают и уходят. Если вы сократите свои расходы, вы накопите деньги на своём счёте. Здесь энергия — это валюта.
Жизнь на Земле зависит от баланса между поступающим от Солнца теплом и уходящим. Этот баланс нарушается в одну сторону.
Солнечная энергия нагревает Землю. Улавливающие тепло парниковые газы в атмосфере удерживают часть этой энергии. Но сжигание угля, нефти и газа привело к тому, что в атмосферу было выброшено более двух триллионов тонн углекислого газа и других парниковых газов. Они удерживают всё больше и больше тепла, не позволяя ему уходить.
Часть этого дополнительного тепла нагревает сушу или растапливает морской лёд, ледники и ледяные шапки. Но это лишь малая часть. Полностью 90% тепла уходит в океаны из-за их огромной теплоёмкости.
Земля естественным образом рассеивает тепло несколькими способами. Один из них — отражение поступающего тепла от облаков, снега и льда обратно в космос. Инфракрасное излучение также излучается обратно в космос.
С начала человеческой цивилизации и вплоть до начала XX века средняя температура поверхности составляла около 14 °C. Накопившийся энергетический дисбаланс привёл к тому, что средние температуры теперь на 1,3–1,5 °C выше.
Учёные отслеживают энергетический баланс двумя способами. Во-первых, мы можем напрямую измерять тепло, поступающее от Солнца и уходящее обратно в космос, используя чувствительные радиометры на спутниках-наблюдателях. Этот набор данных и его предшественники датируются концом 1980-х годов.
Во-вторых, мы можем точно отслеживать накопление тепла в океанах и атмосфере, измеряя температуру. Тысячи роботизированных поплавков отслеживают температуру в Мировом океане с 1990-х годов. Оба метода показывают, что энергетический дисбаланс быстро растёт.
Удвоение энергетического дисбаланса стало шоком, потому что сложные климатические модели, которые мы используем, в основном не предсказывали таких больших и быстрых изменений. Обычно модели прогнозируют менее половины изменений, которые мы наблюдаем в реальном мире.
Мы пока не имеем полного объяснения. Но новые исследования предполагают, что изменения в облаках являются важным фактором. Облака в целом оказывают охлаждающее воздействие. Но площадь, покрытая высокоотражающими белыми облаками, сократилась, а площадь кучевых, менее отражающих облаков — выросла.
Пока неясно, почему облака меняются. Одним из возможных факторов могут быть последствия успешных усилий по сокращению содержания серы в судовом топливе с 2020 года, поскольку сжигание более грязного топлива могло оказывать осветляющее воздействие на облака. Однако ускорение дисбаланса энергетического баланса началось до этого изменения.
Естественные колебания в климатической системе, такие как тихоокеанское десятилетнее колебание, также могут играть роль. Наконец, и это наиболее тревожно, изменения в облаках могут быть частью тенденции, вызванной самим глобальным потеплением, то есть положительной обратной связью на климатические изменения.
Эти выводы позволяют предположить, что недавние чрезвычайно жаркие годы не являются единичными случаями, а могут отражать усиление потепления в предстоящее десятилетие или более длительный период. Это будет означать более высокую вероятность более интенсивных климатических воздействий, таких как жара, засухи и экстремальные дожди на суше, а также более интенсивные и продолжительные морские волны тепла.
Этот дисбаланс может привести к более серьёзным долгосрочным последствиям. Новые исследования показывают, что единственные климатические модели, которые близки к воспроизведению реальных измерений, — это модели с более высокой «чувствительностью климата». Это означает, что эти модели прогнозируют более сильное потепление в течение следующих нескольких десятилетий в сценариях, где выбросы не будут быстро сокращены.
Однако пока неизвестно, играют ли роль другие факторы. Ещё слишком рано однозначно говорить о том, что мы находимся на траектории высокой чувствительности.
Мы знаем решение уже давно: прекратить рутинное сжигание ископаемого топлива и постепенно отказаться от деятельности человека, вызывающей выбросы, такой как вырубка лесов.
Точные записи в течение длительных периодов времени необходимы, если мы хотим обнаружить неожиданные изменения. Спутники, в частности, являются нашей системой раннего предупреждения, сообщая нам об изменениях в хранении тепла примерно за десять лет до других методов. Но сокращение финансирования и резкие сдвиги приоритетов в Соединённых Штатах могут угрожать необходимому спутниковому мониторингу климата.