TS.5.4 Связь между изменением климата и изменениями в биогеохимических циклах

Все модели, которые рассматривают сопряжение углеродного цикла с изменением климата, показывают эффект положительной обратной связи с потеплением, который подавляет поглошение углекислого газа сушей и океаном, что ведет к повышению концентрации CO₂ в атмосфере и усилению изменения климата для данного сценария выбросов, однако сила этого эффекта обратной связи заметно разнится в зависимости от модели. Со времени публикации ТДО было построено и сравнено несколько новых проекций, основанных на полностью сопряженных моделях «углеродный цикл – климат». Для сценария СДСВ А2 и на основе диапазона результатов моделирования проецируемое повышение концентрации углекислого газа в атмосфере за XXI век, вероятно, на 10-25% больше, чем в проекциях без этой обратной связи, что для сценариев СДСВ с более высокими объемами выбросов увеличивает проецируемое среднее потепление к 2100 году более чем на 1°C. Соответственно, снижение поглощения CO₂, вызванное этим эффектом, уменьшает выбросы углекислого газа, что соответствует целевому уровню стабилизации. Вместе с тем, остаются значительные неопределенности, обусловленные, например, ограниченным пониманием динамики экосистем суши и почв. {7.3, 10.4}

Повышение концентрации CO₂ в атмосфере непосредственное ведет к повышению закисления поверхностного океана. Проекции на основе сценариев СДСВ дают на XXI век снижение рН на 0,14-0,35 ед. (в зависимости от сценария), т.е. больше, чем нынешнее снижение (0,1 ед.) по сравнению с доиндустриальными временами. Закисление океана привело бы к растворению мелководных известковых отложений. Поверхностные воды Южного океана, по прогнозам, будут недонасыщены карбонатом кальция (CaCO₃) при концентрациях CO₂ выше 600 ppm – уровне, в большинстве сценариев СДСВ превышенном во второй половине XXI века. Низкоширотные регионы и большие глубины океана тоже будут затронуты. Эти изменения могли бы повлиять на морские организмы, наружный скелет которых формируется из CaCO₃, однако совокупный эффект биологического углеродного цикла в океанах понят недостаточно. {Вставка 7.3, 10.4}

Инерция изменения климата вследствие прошлых выбросов значительно изменяется для разных воздействующих факторов из-за различного времени жизни в атмосфере Земли (см. вставку TS.9). Инерция изменения климата вследствие прошлых выбросов учитывает как (i) запаздывание реакции климатической системы на изменения в радиационном воздействии, так и (ii) временные масштабы, в которых различные воздействующие факторы остаются в атмосфере после выброса, учитывая их разное время жизни. Как правило, инерция изменения климата вследствие прошлых выбросов включает начальный период дальнейшего повышения температуры, по упомянутым выше причинам, после чего идет долгосрочное понижение по мере уменьшения радиационного воздействия. Некоторые парниковые газы, например CH₄ и угарный газ, имеют относительное короткое время жизни в атмосфере (десятилетия или меньше), тогда как у других, например, N₂O, время жизни составляет порядка ста лет, а у некоторых (например, SF₆ и ПФУ) - несколько тысячелетий. Концентрация углекислого газа в атмосфере не уменьшается за какое-то четко определенное время, если выбросы прекращаются. Удаление CO₂, испущенного в атмосферу, происходит во множестве временных масштабов, но часть его остается в атмосфере многие тысячи лет, поэтому выбросы приводят к очень длительной инерции изменения климата. Из-за медленной долговременной буферизации океана, включая обратную связь по отложениям CaCO₃, для достижения равновесной концентрации углекислого газа в атмосфере требуется 30-35 тысяч лет. Использy я сопряженные компоненты углеродного цикла, МСЗПС показывают, что инерция изменения климата из-за выбросов CO₂ длится более 1000 лет, поэтому даже в этих очень длительных временных масштабах температура и уровень моря не возвращаются к доиндустриальным значениям. Признак длительной инерции изменения климата получен путем задания тенденции снижения антропогенных выбросов CO₂ до стабилизации на уровне 750 ppm, но с произвольной установкой объема выбросов на нуль в 2100 году. В этом контрольном примере для снижения концентрации углекислого газа в атмосфере с максимума (от 650 до 700 ppm) до менее чем двукратного доиндустриального значения этого показателя (около 560 ppm) в разных моделях необходимо около 100-400 лет, учитывая непрерывный, но медленный перенос углерода из атмосферы и земных водоемов в океан (см. рис. TS.31). {7.3, 10.7}

Инерция изменения климата

Рис. TS.31. Расчет инерции изменения климата вследствие прошлых выбросов для пяти разных МЗСПС и идеализированного сценария, где выбросы следуют по сценарию, который ведет к стабилизации CO₂ в атмосфере на уровне 750 ppm, однако перед достижением этой цели выбросы в 2100 году мгновенно снижаются до нуля. (Слева) Выбросы и концентрация CO₂ в атмосфере. (В центре) Приземное потепление и повышение уровня моря вследствие теплового расширения. (Справа) Изменение общего содержания углерода в земле и океане после доиндустриальной эпохи. {Рис. 10.35}

Концентрации многих других парниковых газов и их прекурсоров в будущем, согласно проекциям, будут связаны с изменением климата. В частности, недостаточное понимание причин последних изменений темпов роста концентрации CH₄ вызывает значительные неопределенности в будущих проекциях по этому газу. Выбросы CH₄ с водно-болотных угодий, вероятно, будут увеличиваться в более теплом и влажном климате и уменьшаться в более теплом и сухом климате. Наблюдения показывают также увеличение выбросов CH₄ с северных торфяников, на которых идет таяние вечной мерзлоты, хотя порядок величины этого эффекта в больших масштабах количественно определен недостаточно. Изменения температуры, влажности и облачности могло бы также повлиять на биогенные выбросы прекурсоров озона, такие как летучие органические соединения. Как ожидается, изменение климата также повлияет на тропосферный озон – через изменения в химии и переносе. Изменение климата могло бы вызвать изменения в ОН посредством изменений во влажности и изменить концентрации стратосферного озона и, следовательно, солнечное ультрафиолетовое излучение в тропосфере. {7.4, 4.7}

На объем выбросов многих аэрозолей и их прекурсоров в будущем, как ожидается, будет влиять изменение климата. Оценки будущих изменений объемов выбросов пыли по нескольких сценариям климата и землепользования показывают, что последствия изменения климата более важны для контроля над выбросами пыли в будущем, чем изменения в землепользовании. Результаты одного исследования показывают, что метеорология и климат больше влияют на будущие выбросы пыли в Азии и соответствующую частоту пыльных бурь на этом континенте, чем опустынивание. Биогенные выбросы летучих органических соединений, значительный источник вторичных органических аэрозолей, как известно, сильно чувствительны к температуре (и увеличиваются при ее повышении). Вместе с тем, выбросы аэрозолей уменьшаются с повышением температуры, а эффекты изменения количества осадков и физиологической адаптации неопределенны. Таким образом, изменение формирования биогенных вторичных органических аэрозолей в более теплом климате могло бы быть значительно меньшим, чем реакция выбросов биогенного летучего органического углерода. Изменение климата может влиять на приток из океана диметилсульфида (который является прекурсором некоторых сульфатных аэрозолей) и морских солевых аэрозолей, однако влияние этого притока на температуру и осадки остается весьма неопределенным. {7.5}

Хотя вызванный углекислым газом эффект потепления остается обязательным на многие столетия, аэрозоли удаляются из атмосферы всего лишь за несколько дней, поэтому отрицательное радиационное воздействие, вызванное аэрозолями, могло бы быстро измениться в ответ на изменения в выбросах аэрозолей либо их прекурсоров. Поскольку сульфатные аэрозоли, весьма вероятно, в настоящее время оказывают существенное отрицательное радиационное воздействие, то будущее суммарное воздействие очень чувствительно к изменениям в объеме выбросов сульфатов. В одном исследовании показано, что гипотетическое удаление из атмосферы всего нынешнго объема антропогенных сульфатно-аэрозольных частиц вызвало бы быстрый рост глобальной средней температуры приблизительно на 0,8°C за одно-два десятилетия. Изменения в аэрозолях также могут влиять на осадки. Таким образом, влияние экологических стратегий, нацеленных на смягчение изменения климата, требует учета изменений в объеме выбросов как парниковых газов, так и аэрозолей. Изменения объема выбросов аэрозолей могут быть результатом мер, принятых для улучшения качества воздуха, которые, таким образом, могут иметь последствия для изменения климата. {Вставка 7.4, 7.6, 10.7}

Изменение климата изменило бы количество химических и физических процессов, которые регулируют качество воздуха, и совокупные эффекты, вероятно, разнятся в зависимости от региона. Изменение климата может влиять на качество воздуха, изменяя скорость рассеяния загрязняющих веществ, скорость, с которой аэрозоли и растворимые виды удаляются из атмосферы, общую химическую среду для формирования загрязняющих веществ и интенсивность выбросов из биосферы, пожаров и пыли. Изменение климата, как ожидается, также уменьшит глобальный озоновый фон. В общем совокупное влияние изменения климата на качество воздуха в высшей степени неопределенно. {Вставка 7.4}