Судьба вечной мерзлоты: взгляд из прошлого в будущее (стр. 2 из 2)
При восстановлении динамики ее различных подзон в течение интересующих нас двух теплых эпох был применен индекс относительной суровости I, представляющий собой отношение минимальной (как правило, января) и максимальной (как правило, июля) среднемесячной температуры воздуха (в °С). Этот показатель, разработанный на основе эмпирических данных одним из авторов статьи, В.П.Нечаевым, характеризует локальные климатические условия, благоприятные для образования мерзлых грунтов [6]. С его помощью можно воспроизвести современное положение границы вечной мерзлоты: для сплошной многолетней значение индекса оказалось меньше –2, а для распространения мерзлоты вообще – меньше –1.
Тот же индекс мы использовали для сопоставления положения границ зон вечной мерзлоты двух уже упомянутых теплых эпох прошлого с расчетами на модели общей циркуляции атмосферы и океана Института метеорологии Макса Планка (г. Гамбург) в середине XXI в.: с учетом влияния сульфатного аэрозоля и без его учета. Оказалось, что парниковое воздействие при развитии сценария business as usual приближает положение границ мерзлотно-климатических зон к Микулинскому межледниковью, охлаждающее действие аэрозолей - к оптимуму голоцена. Выше уже отмечалось, что это справедливо и для расчетов уровня повышения средней глобальной температуры. Таким образом подтверждаются возможности метода палеоклиматических реконструкций, и в частности палеоаналогов.
Индекс относительной суровости по расчетам климатической модели на 2040-2050 гг. и данным палеореконструкций. Вверху - полученный в эксперименте с учетом выбросов аэрозоля (цветная линия) и для климатического оптимума голоцена (6 тыс. лет назад); внизу - без учета выбросов аэрозоля (цветная линия) и для климатического оптимума Микулинского межледниковья (125 тыс. лет назад).
Глобальная температурная чувствительность мерзлотно-климатических условий
Метод палеоаналогов развивался для диагностики пространственного распределения климатических аномалий при заданном уровне изменения средней глобальной температуры. Удобство его применения было во многом связано с тем, что такая температура прогнозируется более надежно по сравнению с деталями регионального распределения этой климатической характеристики, разброс в оценках изменения среднеглобальной температуры по отдельным моделям не слишком велик. При этом зачастую привлекаются упрощенные модели климата с малым числом хорошо контролируемых параметров. При быстрых изменениях климата, когда его состояние в каждый момент времени далеко от равновесного, достижимого только в отдаленном будущем, возникает вопрос о самом существовании взаимосвязей между средней глобальной температурой и исследуемыми климатическими параметрами.
На модели общей циркуляции атмосферы и океана и модели климата промежуточной сложности, созданной в Институте физики атмосферы, мы проследили за наиболее простой характеристикой мерзлотных условий - площадью континентальных территорий Северного полушария (Si), со значением индекса суровости меньще –2, характерным для сплошной мерзлоты, - меняющейся в зависимости от среднеглобальной температуры. Другими словами, была оценена глобальная температурная чувствительность мерзлотно-климатических условий. Результаты моделирования показали тесную линейную связь исследуемых характеристик. При этом чувствительность мерзлотно-климатических условий (на графике наклон прямых площадь-температура) практически одинакова для сценариев с учетом воздействия сульфатных аэрозолей и без них и лежит в интервале от 0.4 до 0.25 К–1.
В среднем увеличению среднеглобальной температуры на один градус соответствует уменьшение площади сплошной вечной мерзлоты на одну треть. По данным палеореконструкций для Северной Евразии, при увеличении средней глобальной температуры на 1°С (оптимум голоцена) площадь Si(–2) уменьшается на 25% по сравнению с современной, что соответствует чувствительности 0.25 К–1; при увеличении на 2°С (Микулинское межледниковье) уменьшение этой площади достигает 80%, а чувствительность - 0.4 К–1. Другими словами, модельные и палеогеографические значения этих характеристик совпадают. Следует, правда, иметь в виду, что модельные эксперименты проводились только с учетом изменения содержания парниковых газов и сульфатного аэрозоля и не учитывали возможное влияние других воздействий на климат.
Насколько мы близки к прошлому?
Как уже отмечалось выше, глобальные потепления прошлого протекали на гораздо более длительных отрезках геологического времени в сравнении с современными быстрыми темпами изменений климатообразующих процессов. Поэтому их следует рассматривать как возможные палеоаналоги предельных квазиравновесных состояний климатической системы, соответствующих текущему расчетному уровню глобального потепления в будущем. С другой стороны, собственная инерционность многолетних мерзлых грунтов, которая может достигать нескольких десятков лет на уровне нулевых годовых колебаний, не позволяет проводить прямые аналогии между текущим уровнем потепления на поверхности и состоянием вечной мерзлоты. Однако при моделировании нестационарного отклика климата на современных моделях общей циркуляции атмосферы и океана связь мерзлотно-климатических условий с уровнем глобального потепления оказывается тесной.
Были проведены расчеты Si(–2) (скользящих десятилетних средних значений) по таким моделям для периода 1900-2100 гг. при сценарии выбросов парниковых газов business as usual и с дополнительным учетом охлаждающего действия аэрозоля (до 2050 г.). Условная площадь сплошной вечной мерзлоты для конца XX в. совпадала с результатами наблюдений. Оказались близкими к реальным современным границам соответствующих подзон вечной мерзлоты и основные черты географического распределения изолиний индексов I(–1) и I(–2) на территории Северной Евразии для этого периода. С начала XXI в. обе модели показывают начало резкого сокращения Si(–2), так что к середине столетия эта площадь уменьшится примерно на 65% (около 5-7 млн км2) без учета аэрозольной эмиссии и несколько менее, приблизительно на 35-40%, с учетом сульфатного аэрозоля [2].
 | Зависимость площади вечной мерзлоты, ограниченной индексом суровости –2 и нормированной на современное значение, в Северном полушарии для различных десятилетий от изменения среднегодовой глобальной приповерхностной температуры для модели общей циркуляции (вверху) и климатической модели промежуточной сложности ИФА РАН (внизу). Сплошные кружки - эксперимент с учетом аэрозолей, пустые - без них. Сплошной и пунктирной линиями обозначены соответствующие линейные регрессии. Для сравнения на рисунках нанесены крестики, соответствующие данным палеореконструкций для оптимума голоцена (серые) и Микулинского межледниковья для Северной Евразии (черные). |
 | Изменение площади вечной мерзлоты, ограниченной индексом суровости –2, в Северном полушарии при десятилетнем скользящем усреднении в численных экспериментах: 1 - по модели общей циркуляции без учета аэрозоля, 2 - с учетом аэрозоля, 3 - по модели промежуточной сложности ИФА РАН без учета аэрозоля; 4 - современное значение площади, покрытой сплошной вечной мерзлотой. |
Отметим в заключение, что мы не рассматривали ни мелкомасштабные характеристики ландшафта и растительности, ни свойства грунта, важные для эволюции многолетней мерзлоты, ни вертикальные особенности геокриологических процессов, в том числе в снежном покрове и в слое сезонного протаивания. А именно они определяют инерционное запаздывание реакции мерзлоты на изменение поверхностных условий. Многие мерзлотоведы связывают современное повышение температур мерзлых грунтов с увеличением толщины снежного покрова. Некоторые черты этих процессов позволяют воспроизвести современные одномерные геокриологические модели, которые непрерывно совершенствуются, и уже в обозримом будущем их можно будет включать в модели будущих изменений климата в качестве отдельных блоков, приспособленных для описания процессов в холодных грунтах.
Для нас принципиально важно то, что оценки мерзлотно-климатических условий XXI в., полученные по моделям климата нового поколения, согласуются с аналогичными оценками для теплых эпох прошлого, несмотря на то, что палеоаналоги глобального потепления к середине века относятся к квазистационарным условиям. Уровни глобального потепления для этих эпох - оптимума голоцена и Микулинского межледниковья, по данным моделирования, достижимы уже к середине начавшегося столетия. Хотя эти расчеты не учитывают временное запаздывание процессов во всей толще мерзлых грунтов, которое может достигать десятка-сотен лет, модельные оценки изменения мерзлотно-климатических условий в сторону теплых эпох означают, что уже в ближайшие десятилетия можно ожидать интенсификации процессов деградации вечной мерзлоты.
Литература
1. Величко А.А., Нечаев В.П. // ДАН. 1992. ?3. C.667-671.
2. Intergovernmental Panel on Climate Change / Eds J.T.Houghton, L.G.Meira Filho, B.A.Callander et al. Cambridge, 1996.
3. Будыко М.И. Эволюция биосферы. Л., 1984.
4. Roeckner E., Bengtsson L, Feichter J. et al. // J. Climate. 1999. V.12. P.3004-3032.
5. Handorf D., Petoukhov V.K., Dethloff K. et al. // J. Geophys. Res. 1999. V.104. ?.22. P.27253-27275.
6. Нечаев В.П. О некоторых соотношениях между мерзлотными и климатическими параметрами и их
палеогеографическое значение // Вопр. палеогеогр. плейстоцена ледник. и перигляц. областей
/ Под ред. А.А.Величко, В.П.Гричука. М., 1981. С.211-220.