- •Лекция 8. Антропогенное воздействие на динамику климата
- •I. Изменение локального климата
- •А) Изменение альбедо
- •В) Изменение аэродинамической шероховатости земной поверхности.
- •2. Воздействие на растительный покров
- •Мезоклимат леса
- •3. Воздействие на водный режим
- •Влияние орошения на термический режим
- •Влияние орошения на метеорологический режим
- •4. Создание водохранилищ
- •5. Климат города
- •1). Снижение солнечной радиации из-за уменьшения прозрачности
- •Результаты
- •II. Изменение глобального климата
- •Причины Сжигание ископаемого
- •Выделение антропогенного влияния
- •1.2. Другие газы и аэрозоли
- •Влияние аэрозолей
- •2. Другие антропогенные факторы глобального влияния
- •2.5. Влияние транспорта на климат
- •Суммарное антропогенное влияние
5. Климат города
В XVIIв. загрязнение в Лондоне ослабляло солнечную радиацию по сравнению с сельской местностью (Landsberg, 1956)
Факторы, влияющие на метеорологический режим (М.И.Будыко):
1. Изменение альбедо, которое меньше, чем в загородной местности.
2.Уменьшение среднего испарения с земной поверхности.
3.Выделение тепла, создаваемого различными
видами хозяйственной деятельности, сравнимое с приходящей радиацией.
4.Увеличение шероховатости земной поверхности.
5.Загрязнение атмосферы различными твердыми, жидкими и газообразными примесями.
Факторы, влияющие на метеорологический режим (О.А.Дроздов):
1.Прямые выбросы тепла и изменение радиационного режима.
2.Выбросы газов, твердых и жидких дымовых частиц за счет работы промышленности, транспорта и т.д.
3.Изменение теплового баланса за счет уменьшения испарения и быстрого стока воды.
4.Изменение рельефа поверхности.
1). Снижение солнечной радиации из-за уменьшения прозрачности |
рельеф острова “Остров тепла” |
|||||||||
воздуха (дым, пыль до 20%), высокой застройкой в узких улицах. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2). Дополнительная рассеянная радиация от стен и мостовых. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
до 40С/км |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
3). Дополнительное поступление тепла за счет сжигания топлива. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
парки, озера |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
(области холода) |
||||
Более высокие температуры, зной и духота летом, меньшее ночное |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
выхолаживание. |
|
Москва |
|
|
ΔТГ-С –интенсивность острова тепла |
|||||
|
|
|
|
|||||||
ΔТГ-С |
|
С-Петербург |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ΔТГ-С |
|
100-500 м, до 1 км |
|||||||
|
|
Мурманск |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ашхабад |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Харьков |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Местная городская циркуляция при |
||||||||
Средние часовые изменения ΔТГ-С |
в Монреале (а) и |
|||||||||
Ванкувере (б) по Оке (1) и Маквеллу (2) |
Годовой ход ΔТГ-С |
слабых ветрах (до 2-3 м/с), а также пруды, |
||||||||
|
разная освещенность зданий, тень. |
|||||||||
Ветровой режим (разный) |
|
|
||||||||
Влажность воздуха и осадки: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
- уменьшается на 11-20% (повышение Т и уменьшение испарения); |
|||||||||
|
- |
максимум различий вечером и летом; |
||||||||
|
- |
возможно и увеличение влажности в городах за счет антропогенных |
||||||||
|
|
источников; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- влияние на осадки неоднозначно: зимой практически нет, летом максимум |
|||||||||
|
|
осадков на окраинах (образование облаков из-за загрязненности, |
||||||||
|
|
конвективной неустойчивости, воздействие местной циркуляции); |
||||||||
|
- туманов в городе должно быть меньше, но не всегда; |
|||||||||
|
- гроз в городе меньше в 1.5-2.5 раза; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Профили ветра и температуры |
- полученные закономерности во многом зависят от конкретного города. |
Воейково (1,2), С.-Петербург (1’, 2’).
Результаты
Влияние промышленных выбросов на относительные изменения прямой (S) и рассеянной (D) радиации.
г – город, окр - окрестности
Изменение прямой солнечной радиации при безоблачном небе в январе:
1 – Владивосток.
2 – Алма-Ата.
Изменение аэрозольной мутности атмосферы
Карадаг
Алма-Ата
Тбилиси
Ташкент
Иркутск |
Якутск |
II. Изменение глобального климата
1. Воздействие на состав атмосферы
1.1. Рост концентрации углекислого газа
Изменение концентрации углекислого газа в атмосфере Земли за последние 100 миллионов лет
По данным обсерватории Мауна-Лоа (Гавайи). Сезонные колебания связаны с фотосинтезом наземной растительности (СО2 накапливается в
атмосфере за зимний сезон, а летом связывается).
керны
измерения
Среднемесячные концентрации углекислого газа в атмосфере над озером Иссык-Куль.
Рост с 280 до 360-370 ppm (28-30%)
Причины Сжигание ископаемого
топлива дает 95% антропогенных выбросов СО2 в
атмосферу.
Изменение выброса углекислого газа от антропогенной деятельности за последние 140 лет (в млн т).
Рост содержания СО2 в атмосфере и эмиссии углерода, |
График корреляции роста концентрации углекислого газа в |
поступающего при сжигании ископаемого топлива |
атмосфере и повышения температуры на планете. |
Выделение антропогенного влияния
ΔТ=0.50С
Изменение прямой радиации (1) и температуры воздуха (2) в Северном полушарии, где (3) – изменение температуры только за счет роста СО2 (при условии, что удвоение СО2 приводит к
повышению температуры на 30С). М.И.Будыко, 1980.
-әT/әt=λ(T-Tr) |
Tr- радиационная температура, |
|
|
|
|
λ=0.1-0.2 год-1 – эмпирический |
|
T-T =(T -T )e-λ t |
параметр (термическая инерция |
|
|
системы Земля – атмосфера) |
|
||
r |
1 r |
|
|
|
|
σ2- константа климатической |
R=0.73 |
|
|
чувствительности |
|
1) Сравнение (1) и (2) свидетельствует о совпадении максимумов и тенденции повышения температуры. 2) Несовпадение (2) и (3) – прямопропорциональное влияние прозрачности атмосферы на температуру воздуха.
Аномалии среднегодовой температуры Северного полушария (1 –наблюдения, 2 – расчет)
1.2. Другие газы и аэрозоли
Антропогенная эмиссия N2O - 8.1 Мт/год, естественная - 9.6, общая – 17.7Мт/год.
Эмиссия CH4
Естественная: болота (115 Мт/год), термиты (20), океан (15), гидратированные формы (10),
почвенные бактерии, таяние вечной мерзлоты, термиты, Антропогенная: добыча нефти, угля (110), мусорные свалки (40), переработка мусора (25),
рисоводство (100), скотоводство (115), сжигание биомассы (40). Общая эмиссия: 610 Мт/год, сток – 580, накопление атмосферой – 20 (7 ppb/год).
Газ |
Антропогенные выбросы |
Вклад в потепление 1889-1980 гг. |
|
в 1985 г. (метрич. тонн) |
|
СО2 |
6-9 млрд.тонн углерода |
66% |
Метан CH4 |
350 млн.тонн метана |
15% |
Закись азота N2O |
4-10 млн.тонн азота |
3% |
ХФУ-11 |
3000 тонн |
4% |
ХФУ-12 |
4000 тонн |
5% |
Другие |
|
7% |
Аэрозоли (более локальное, чем глобальное воздействие)
Всего частиц, выбрасываемых в атмосферу
По естественным причинам По антропогенным причинам 773-2200(Млн.тонн/год)
185-415
Влияние аэрозолей
Естественные и антропогенные аэрозоли в стратосфере в млн. тонн/год (Cooke and Wilson, 1996).
Зонально осредненные воздействия (в январе) двух наиболее важных антропогенных аэрозольных компонент: сажи и сульфата и их совместного эффекта (Schult, et al. 1996).
Антропогенные свинцовые включения в кристаллике льда, пойманном на станции Юнгфрауйох в Швейцарских Альпах. // Cziczo et al., 2009 Nature Geoscience
Международная конференция «Естественные и антропогенные аэрозоли V» 22 мая 2006 - 26 мая 2006
2. Другие антропогенные факторы глобального влияния
2.1. Тепло, выделяемое в результате хозяйственной деятельности
Общее кол-во производимого тепла = 0.006% радиации |
ΔТ=0.010С |
|
системы Земля – Атмосфера. ΔS=1% приводит к ΔТ=1.50С. |
||
(локальное увеличение |
||
|
||
2.2. Уничтожение растительного покрова |
Т – от 1 до нескольких |
|
десятков 0С). |
Различные формы влияния на растительный покров и реакция в изменении глобального альбедо и температуры (Segan, Toon, Pollack, 1978).
Наибольший эффект: превращение саванн в пустыню (F=9 млн. км2, Δα=+0.19), вырубка тропических лесов (F=7 млн. км2, Δα=+0.09)
Общее Δα=+0.006 для системы Земля – атмосфера и Δ=-10С, за последние годы Δα=+0.001 и ΔТ=-0.20С.
Однако, при вырубке лесов освобождается большое количество CO2 и
увеличение альбедо компенсировалось и даже привело к росту Т (уничтожение лесов F=15 млн. км2 приводит к повышению Т на 0.6-0.90C)
2.3. Влияние орошения на глобальную температуру
М.И.Будыко, 1971. Δα=-0.10 для земной поверхности, Δα=-0.07 для системы
Земля - атмосфера при Fорош= 2 714 320 км2 (0.5% пов-ти). В результате альбедо Земли уменьшается на 0.0004.
При условии, что изменение альбедо Земли на 0.01 изменяет глобальную поверхностную Т на 2.30С, то орошение повышает глобальную Т на 0.080С.
2.4. Влияние водохранилищ на глобальную температуру
При F = 1 млн. км2 |
Δα=-0.02, что соответствует уменьшению альбедо |
|
водохр |
|
|
Земли на 0.000025, что повышает глобальную Т на 0.0050С. |
Орошение пастбищ в Саудовской Аравии. |
2.5. Влияние транспорта на климат
Вклад авиации в рост CO2 за последние 100
лет составляет около 2%, однако в последующие 50 лет может возрасти до 5% (на высотах 8-12 км). Двуокись азота увеличивает концентрацию озона, но незначительно.
Эмиссия NO2 от авиации в 1992 в 10-13кг/м2с вертикально интегрированная (А.Schmitt, DLR).
Радиационный отклик в Вт/м2 от изменений в парниковых газах, озоне, аэрозолях, авиации (IPCC, 1999).