Вестник РАН, 2022, T. 92, № 1, стр. 3-14

Последние десятилетия характеризуются значительными глобальными и региональными климатическими изменениями, особенно в высоких широтах [1–4]. Климатические изменения – одна из ключевых проблем нашего времени. Повышение глобальной приповерхностной температуры сопровождается быстрым ростом числа природных катастроф, в первую очередь вследствие гидрологических и метеорологических аномалий. На рисунке 1 показаны тренды среднегодовой температуры у поверхности для разных широт в 1980–2019 гг. с максимальным потеплением до 4°С и более в арктических широтах (по данным GISS, https://data.giss.nasa.gov/gistemp/). Наибольшая скорость температурных изменений в арктических широтах (так называемое Арктическое усиление) формируется под влиянием ряда климатических обратных связей, в том числе из-за зависимости альбедо поверхности от температуры.

Рисунок 2 характеризует межгодовые изменения приповерхностной температуры (аномалии относительно базового периода 1951–1980 гг.) в Арктике в сопоставлении с соответствующими вариациями в средних и тропических широтах Северного полушария и для Земли в целом на основе данных наблюдений (http://www.metoffice.gov.uk/) [5]. Во внутривековых температурных региональных (в частности, в атлантическом секторе Арктики), полушарных и глобальных вариациях, а также в изменениях ледовитости арктических морей значимо проявляются вариации с временны́м масштабом в несколько десятилетий, типичным для Атлантической мультидесятилетней осцилляции (АМО). Согласно модельным расчётам, АМО связана с соответствующими вариациями глобальной термохалинной циркуляции океана, одна из ветвей которой – Гольфстрим. Влияние этого глобального океанического конвейера определяет существенный утепляющий эффект в Северной Атлантике и атлантическом секторе Арктики.

По данным, регистрируемым с XIX в., глобальная приповерхностная температура в последние годы и десятилетия была самой высокой. Наблюдения свидетельствуют (https://crudata.uea.ac.uk/cru/data/temperature/), что в последнее десятилетие (2011–2020 гг.) она была на 0.2 К выше относительно 2001–2010 гг., на 0.4 К – относительно 1991–2000 гг., на 0.6 К – относительно 1981–1990 гг. и на 0.8 К – относительно 1971–1980 гг. Скорость глобального потепления впечатляет, особенно в сопоставлении с целями Парижского соглашения 2015 г. об изменении климата, в котором ставится цель не допустить глобальное потепление более чем на 1.5 К, в крайнем случае на 2 К, относительно доиндустриального периода.

Наиболее заметно новые тенденции проявляются в повторяемости и интенсивности экстремальных региональных явлений и процессов [1, 2]. На фоне общего потепления отмечается усиление климатической изменчивости – “нервозности” климата. По данным Росгидромета (http://www.meteorf.ru), число опасных метеорологических явлений за последние два десятилетия увеличилось примерно втрое на фоне быстрого потепления в России – со скоростью примерно 0.5 К за десятилетие (в два с половиной раза быстрее глобального), а в ряде регионов – около 1 К за десятилетие (рис. 3). Существенно, что наибольшее количество гидрометеорологических аномалий отмечается в российских регионах в тёплые месяцы – чаще летом. Число опасных явлений в России c 1998 по 2019 г. увеличивалось в среднем на 21 событие в год, а летом (40% общего количества за год) – в среднем на 10 событий в год. В частности, для летних сезонов последних лет отмечена статистически значимая связь (на уровне 90%) количества опасных метеорологических явлений с температурными аномалиями в российских регионах – с его ростом на 45% при увеличении приповерхностной температуры на 1 К для России в целом. Следует отметить, что в последние годы в московском регионе впервые – во время шквалов в 2017 г. и 2018 г. – зарегистрирована ураганная скорость ветра (более 33 м/c) в пределах приземного слоя атмосферы.

Как соотносятся современные изменения климата с изменениями прошлых эпох? По данным палеореконструкций, в течение последних десятков миллионов лет температура у поверхности Земли падала до некоторого критического режима – наступления так называемого плейстоцена около 2 млн лет назад. Для плейстоцена характерны ледниковые циклы, связанные с изменениями параметров орбиты Земли вокруг Солнца (эксцентриситета, угла наклона земной оси к плоскости эклиптики и прецессии) с периодами около 100, 40 и 20 тыс. лет – циклами Миланковича. Проявлению этих циклов в четвертичном периоде способствовала положительная обратная связь альбедо поверхности Земли – температура, в формировании которой значимую роль играет снежно-ледовый покров. Анализ содержания пузырьков воздуха в ледовых кернах российской антарктической станции Восток, а впоследствии по данным международного проекта EPICA, выявил соответствующие температурным циклам вариации атмосферных компонентов, включая парниковые газы, углекислый газ и метан. Отмеченное при этом некоторое общее запаздывание вариаций их содержания относительно температурных изменений нередко используется в качестве аргумента против признания антропогенных причин современных изменений климата. На самом деле противоречий тут нет. Изменения связаны с разными механизмами радиационного воздействия на климат и на углеродный цикл Земли, которые значительно различаются по своим временны́м масштабам. Существенно, что только по запаздыванию нельзя судить о причинно-следственных связях в земной климатической системе. Знак временно́го сдвига зависит от ряда факторов, характеризующих систему и тип её возмущений, включая временны́е масштабы [6]. В настоящее время Земля находится в межледниковье на температурном пике ледникового цикла – в так называемом голоцене – уже более 11 тыс. лет. После достижения максимального температурного режима – оптимума голоцена около 6 тыс. лет назад, температура в целом понижалась (до наступления индустриальной эпохи).

В последнее столетие ситуация принципиально изменилась: по данным наблюдений, на фоне естественной изменчивости отмечается заметное глобальное потепление, которое связывается с антропогенными воздействиями, прежде всего с ростом содержания в атмосфере таких парниковых газов, как углекислый газ и метан. Модельные прогностические оценки свидетельствуют о формировании новой эпохи – антропоцена. При этом согласно модельным расчётам, уже для сотен тысяч лет в зависимости от уровня антропогенных эмиссий парниковых газов с учётом потенциала метангидратов (на суше и на шельфе) возможно существенное замедление (до десятков тысяч лет) наступления очередного ледникового периода и даже пропуск очередного цикла [7]. В последние годы содержание CO₂ в земной атмосфере превысило знаковый рубеж – 400 млн^–1 и продолжает увеличиваться, в 2020 г. на станции Мауна Лоа содержание CO₂ уже составило около 420 млн^–1. На российской арктической станции Териберка на Кольском полуострове (69° с.ш., 35° в.д.) к концу 2020 г. концентрация CO₂ в атмосфере достигла уровня 427 млн^–1, то есть доиндустриальный уровень (280 млн^–1) превышен в полтора раза. Сравнение с палеореконструкциями свидетельствует о рекордном содержании СО₂ в течение последнего миллиона лет. В истории Земли содержание углекислого газа достигало и на порядок бо́льших значений, но человечество никогда не жило при таких концентрациях СО₂ в атмосфере (пока не опасных для здоровья людей).

По данным метеонаблюдений, с XIX в. скорость общего роста приповерхностной температуры над сушей заметно больше, чем над океаном. Это связано с океанической инерционностью, проявляющейся в том числе в меньших межгодовых вариациях температуры. С середины ХХ в. отмечается значимый рост теплосодержания Мирового океана [8]. На фоне увеличения глобальной приповерхностной температуры проявляются её сильнейшие межгодовые вариации, связанные с явлениями Эль-Ниньо. В фазе Эль-Ниньо, как это было в начале 2020 г., при положительных аномалиях температуры Тихого океана в экваториальных широтах глобальная температура у поверхности обычно выше, а в противоположной фазе (Ла-Нинья) ниже, чем в нейтральные годы. Согласно прогностическим оценкам (см., например, https://www.cpc.ncep.noaa.gov/), ещё весной 2020 г. с высокой вероятностью ожидалось, что 2021 г. начнётся в фазе Ла-Нинья, соответственно можно было предполагать, что этот год будет в среднем по миру холоднее 2020 г. [9].

С середины ХХ в. (https://data.giss.nasa.gov) отмечается приповерхностное потепление во всех широтных зонах с максимальной скоростью в арктических широтах и минимальной для океанического пояса в субантарктических широтах. При этом на фоне долгопериодного потепления для более короткого 40-летнего интервала (1980–2019 гг.) в субантарктических широтах отмечалось понижение температуры у поверхности при быстром потеплении в Арктике (см. рис. 1). Выявленные температурные особенности свидетельствуют о значимости естественных вариаций климата с периодами порядка нескольких десятилетий, в частности для антарктических и субантарктических широт с морскими льдами. Отмеченные температурные особенности проясняют проблему разнонаправленных изменений по спутниковым данным, доступным только с 1979 г., с резким уменьшением протяжённости морских льдов в Антарктике после 2016 г.

В связи с быстрым потеплением в Арктике в последние десятилетия отмечается резкое сокращение общей протяжённости морских льдов [10–12]. При этом одна из ключевых климатических проблем последних лет связана с различными тенденциями изменения ледовитости в Арктике и Антарктике (рис. 4). Общая протяжённость антарктических морских льдов по спутниковым данным с конца 1970-х годов росла, хотя и неравномерно и статистически незначимо. В результате к 2014 г. её среднегодовая площадь достигла рекордно высокого уровня – почти 13 млн км². Но с 2016 г. последовало резкое уменьшение этой площади с достижением рекордно низких значений, по сравнению с концом 1970-х годов. На фоне быстрого сокращения общей протяжённости морских льдов в Арктике в связи сильным арктическим потеплением изменения ледовитости в субантарктических и антарктических акваториях при относительно слабых соответствующих температурных вариациях связаны со значимым влиянием естественных мод климатической изменчивости. При этом в последние два десятилетия проявляется более значимая когерентность долгопериодных вариаций общей протяжённости и площади антарктических морских льдов с температурным режимом в Антарктике и для Южного полушария в целом. Отмеченное в последние годы резкое уменьшение общей протяжённости морских льдов в Антарктике – индикатор возможного начала ожидаемой на основе прогностических модельных оценок долгопериодной тенденции ослабления ледовитости в Южном полушарии при глобальном потеплении [4, 13].

Внутривековые климатические изменения в разных широтных зонах и для Земли в целом обнаруживают общие закономерности, при этом в арктических широтах изменения существенно сильнее (см. рис. 2). Во внутривековой температурной изменчивости значимо проявляются вариации с временны́м масштабом около шести десятилетий, характерные для АМО. В работе [12] проведён анализ условий влияния климатических мод с характерным временны́м масштабом до нескольких десятилетий на фоне вековой тенденции потепления на региональном и глобальном уровне. В простейшем случае гармонического колебания температуры T(t) с периодом T₀ и амплитудой ΔT на фоне векового линейного тренда (dT/dt)_c условие отсутствия временно́го интервала с похолоданием сводится к условию

С использованием данных о приповерхностной температуре начиная с XIX в. получены оценки для Северного полушария в целом с амплитудой приповерхностных температурных осцилляций (ΔT)_NH с периодом T₀ около 60 лет (как для АМО) около 0.2 К (при минимальной оценке около 0.1 К). При столетнем тренде приповерхностной температуры для Северного полушария в целом для отсутствия временного похолодания необходимо и достаточно, чтобы амплитуда соответствующих температурных осцилляций (ΔT)_NH с периодом T₀ (около 60 лет) не превышала (ΔT)_NH(T₀/2π) = 0.1 K. Аналогичные оценки получены для амплитуды осцилляций ΔT_A с периодом T₀ примерно 60 лет для Арктики в целом – около 0.3 К (при максимальной оценке около 0.4 К и минимальной около 0.2 К). При столетнем тренде приповерхностной температуры для Арктики в целом (dT/dt)_A = 2.4 K/100 лет для отсутствия соответствующего интервала временного похолодания необходимо и достаточно, чтобы амплитуда температурных осцилляций ΔT_A с периодом T₀ около 60 лет не превышала (dT/dt)_A(T₀/2π) = 0.2 K. Согласно полученным оценкам, возможно замедление скорости потепления и даже некоторое локальное похолодание в течение одного-двух десятилетий с последующим более быстрым потеплением и в Арктике, и на полушарном (глобальном) уровне [12].

Какова роль различных естественных и антропогенных факторов в происходящих изменениях климата на разных временны́х интервалах? В таблице 1 представлены оценки вклада парниковых газов, а в таблице 2 – вклада естественных вариаций (АМО) в тренды приповерхностной температуры для предыдущих десятилетий на временны́х интервалах разной продолжительности (относительно современного режима), полученные с использованием многолетних данных с конца XIX в. (наряду с оценками причинности по Винеру–Грейнджеру) [5]. Аналогичные оценки получены на основе учёта различных ключевых процессов (мод) климатической изменчивости, связанных с Эль-Ниньо, тихоокеанской десятилетней осцилляцией (ТДО), тихоокеанской междесятилетней осцилляцией и антарктической осцилляцией, которые значимы и в Северном и в Южном полушариях.

Согласно полученным оценкам, вклад антропогенных факторов в изменения (тренды) приповерхностной температуры в арктических широтах составляет не более одной трети на временны́х интервалах до двух десятков лет, достигает двух пятых для 30-летнего периода, а на интервалах около полувека и более уже превышает половину [5]. При этом для других широтных зон Северного полушария и для Земли в целом роль антропогенных факторов оказывается более значимой. Это связано с большой естественной климатической изменчивостью в арктических широтах (см. табл. 2). Вклад ключевых мод климатической изменчивости на сравнительно коротких временны́х интервалах в пределах трёх десятилетий достигает и может превышать (по модулю) ± 0.2 К/десятилетие, а на интервалах около полувека и более их роль в вариациях приповерхностной температуры разных широт уже незначительна на фоне общего роста роли радиационного воздействия парниковых газов в атмосфере. Вклад парниковых газов в тренды приповерхностной температуры разных широтных зон в целом увеличивается и в последние десятилетия достигает и превышает 0.2 К/десятилетие.

Существенно, что при глобальном потеплении трансформируется вертикальная температурная стратификация атмосферы, характеризующая статическую устойчивость и конвективную неустойчивость тропосферы [14]. С изменениями вертикальной температурной стратификации атмосферы, её статической устойчивости связаны изменения конвективных процессов в атмосфере, режимов облачности, осадков, вихре-волновой активности. Генерация внетропических циклонов в результате бароклинной неустойчивости атмосферы зависит как от меридионального градиента температуры, так и от вертикальной температурной стратификации атмосферы. От климатической обратной связи через вертикальный градиент температуры в тропосфере существенно зависит арктическое усиление, чувствительность климата к различным воздействиям. Особенно существенные изменения отмечаются в высоких и средних широтах.

Глобальное потепление проявляется в тропосфере, а выше – в стратосфере и мезосфере, отмечается существенно более сильное понижение температуры (рис. 5) [15]. Это важный индикатор, характеризующий роль антропогенных факторов. Согласно работе [16] условие выхолаживания стратосферы, характеризуемой температурой T_st и интегральной функцией пропускания инфракрасного излучения D_st (<1), при увеличении содержания в атмосфере парникового (углекислого) газа q c ростом приповерхностной температуры T (dT/dq >0) можно представить в виде

(dT_st/dT < 0 связано с dD_st/dq < 0). Модельные оценки вековых изменений температуры на разных широтах и высотах в атмосфере с конца XIX в., связанные с разными естественными и антропогенными воздействиями, свидетельствуют о значимости изменения содержания парниковых газов в атмосфере [17]. Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере приводит к потеплению в тропосфере и похолоданию в стратосфере. С изменениями с конца XIX в. концентрации сульфатного аэрозоля связано общее похолодание в тропосфере, а с изменениями концентрации атмосферного озона – потепление в тропосфере и похолодание в стратосфере, особенно в высоких широтах. Эти факторы вносят основной вклад в антропогенное воздействие на климатическую систему. Существенное влияние на формирование естественной климатической изменчивости, но не на современные долгопериодные (внутривековые) вариации, оказывает солнечная и вулканическая активность. Усиление потока солнечного излучения, приходящего на верхнюю границу атмосферы, отражается в общем потеплении всей атмосферы. В целом усиление вулканической активности приводит к похолоданию на поверхности земли и в тропосфере, сопровождающемуся потеплением в стратосфере. Суммарное воздействие как антропогенных, так и естественных факторов проявляется в потеплении тропосферы и похолодании стратосферы.

Климатические изменения последних десятилетий, характеризуемые общим увеличением приповерхностной температуры, проявляются во всех компонентах земной климатической системы – атмосфере, гидросфере (океане), деятельном слое суши (литосфере), криосфере и биосфере. Существенные изменения отмечаются в режиме осадков, засух (пожаров) и наводнений, снежного покрова, влагосодержания почвы, речного стока, морских льдов, вечной мерзлоты, циклонической и антициклонической активности в атмосфере и др.

Тенденция увеличения в последние десятилетия частоты экстремальных гидрометеорологических явлений, в частности в российских регионах, связана с тем, что при потеплении согласно уравнению Клапейрона–Клаузиуса растёт влагоёмкость атмосферы, что увеличивает вероятность мощных осадков. В случае ослабления зональной тропосферной циркуляции при потеплении с уменьшением меридионального градиента температуры и усилением роли меридиональных процессов влага не столь эффективно переносится в глубь континентов, и это способствует большей пространственной неоднородности осадков и увеличению вероятности как избыточных осадков (наводнений), так и их дефицита (засух с пожарами) в сопредельных регионах [18, 19]. (Следует отметить, что в поясе широт от средних до субполярных зональная скорость ветра в тропосфере в условиях глобального потепления может увеличиваться при усилении субтропического струйного течения из-за охлаждения стратосферы.) На фоне большой изменчивости поля осадков проявляются существенные различия региональных тенденций и чувствительности общего количества осадков (Pr), их интенсивности (I_Pr) и вероятности (f_Pr):

В среднеширотных российских регионах отмечаются различия тенденций изменения вероятности зимних и летних осадков. При потеплении проявляется общее увеличение и интенсивности, и частоты зимних осадков, а для летних осадков при общем росте интенсивности – уменьшение их частоты, что способствует возникновению летом как засух, так и наводнений.

Увеличение влагоёмкости атмосферы при потеплении повышает риск формирования интенсивных атмосферных вихрей, в том числе мощных циклонов и в тропических, и в средних и в полярных широтах, а также локальных вихрей типа смерчей/торнадо [20]. В связи с интенсификацией конвективных процессов отмечена тенденция роста конвективной облачности, в частности в Северной Евразии, положительные тренды конвективных осадков, повторяемости ливневых осадков [4, 21]. При усилении конвективной активности в атмосфере следует ожидать повышения молниевой активности и, как следствие, риска возникновения лесных пожаров. Получены оценки роста риска образования смерчей в регионах Северной Евразии по современным данным реанализа для последних десятилетий и при возможных изменениях климата в XXI в., рассчитанных с применением ансамбля глобальных климатических моделей. Выявлен рост повторяемости условий, способствующих возникновению смерчей в Северной Евразии. Эта тенденция особенно характерна для Дальнего Востока и региона Чёрного моря. Формированию мощных конвективных процессов с аномальными осадками способствует повышение температуры поверхности моря. Рекордное наводнение на Амуре в 2013 г. было связано в том числе и с необычно высокой температурой поверхности Тихого океана [19].

В результате ослабления меридионального градиента температуры и зональной циркуляции в тропосфере от тропических до средних широт следует ожидать увеличения извилистости атмосферного струйного течения и вероятности меридиональных прорывов в субтропические и средние широты холодного северного воздуха или тёплого из тропиков с формированием соответствующих аномалий температуры и осадков.

Сильнейшие региональные аномалии в средних широтах обусловлены атмосферными блокированиями зонального переноса в тропосфере. С ними связаны, в частности, аномально жаркое лето с пожарами в европейской части России летом 2010 г., рекордное наводнение на Амуре в 2013 г., холодные зимы в регионах Северной Евразии и Северной Америки в последние десятилетия [4]. Формирование режимов блокирования с чередованием положительных и отрицательных аномалий давления в атмосфере и температуры в сопредельных регионах проявляется при стационировании в тропосфере волн Россби, распространяющихся с востока на запад в зональном геострофическом потоке, направленном в средних широтах с запада на восток. Длительные режимы со стационированием волн Россби и блокированиями зонального переноса в тропосфере увеличивают вероятность наводнений и пожаров в сопредельных областях. Летом 2019 г. достаточно резкая граница антициклонического и циклонического режимов в условиях атмосферного блокирования над Сибирью проходила через Иркутскую область. Это привело к наводнению в одной её части (Тулун), которая оказалась в области пониженного давления, и к пожарам в другой – в области повышенного давления.

По спутниковым данным отмечены региональные тенденции увеличения мощности лесных пожаров, в частности в Сибири [22]. При этом для последних двух десятилетий (2001–2019 гг.) выявлена значимая связь площади природных пожаров и вызванных ими эмиссий в атмосферу продуктов горения с блокированиями на территории России [23]. Вклад в дисперсию межгодовых изменений площади пожаров и потоков продуктов горения в атмосферу, связанный с атмосферными блокированиями, может достигать и даже превышать 40%. Проявляется тенденция увеличения плотности эмиссий продуктов горения в атмосферу, в том числе углекислого и угарного газов, а также мелкодисперсного аэрозоля, на фоне общего уменьшения площадей природных пожаров в первое 20-летие нынешнего века [23].

Согласно модельным оценкам при глобальном потеплении следует ожидать увеличения вероятности более длительных атмосферных блокирований и изменения режимов квазистационарных планетарных волн [24]. При этом ожидается усиление продолжительных блокирований, в том числе зимних, с которыми связаны морозные режимы над континентальными регионами. При изменениях температуры (Т) изменяются характерные скорости распространения волн Россби (U_R) и условия их стационирования U = U_R в поле атмосферного течения (с зональной скоростью U) в зависимости от волнового числа m

при dU/dT < 0 следует dm/dT > 0. Это означает, что ослабление зонального потока при потеплении способствует стационированию волн Россби с бόльшим волновым числом и следует ожидать чередования в тропосфере средних широт менее протяжённых по долготе квазистационарных антициклонических и циклонических аномалий. Усиление блокинговой активности в атмосфере в сочетании с летними тенденциями иссушения во внутриконтинентальных среднеширотных регионах способствует повышению вероятности природных пожаров и их негативных последствий.

Формирование режимов атмосферного блокирования и связанных с ними региональных погодно-климатических аномалий зависит от межгодовых и междесятилетних климатических вариаций, связанных с крупномасштабными процессами типа Эль-Ниньо, Атлантической мультидесятилетней осцилляции, Тихоокеанской десятилетней осцилляции [19, 25]. Согласно рисунку 6, повторяемость летних атмосферных блокирований в средних широтах европейской части России заметно больше в годы, начинающиеся в фазе Ла-Нинья (как в 2021 г.) и фазе Эль-Ниньо (как в 2020 г.), по сравнению с начинающимися в нейтральной фазе [19]. При этом повторяемость блокирований в этих регионах заметно выше в годы, заканчивающиеся в фазе Ла-Нинья или нейтральной (эти фазы наиболее вероятны и для конца 2021 г.) [9]. Значительные вариации повторяемости летних атмосферных блокирований в зависимости от фаз явлений Эль-Ниньо проявляются к востоку от Байкала. Причём этот эффект в восточной части Азии существенно заметнее в годы, начинающиеся в фазе Эль-Ниньо, а также в годы, заканчивающиеся в фазе Ла-Нинья или нейтральной фазе. Наибольшая вероятность экстремально высокой приповерхностной температуры и засухи в весенне-летние месяцы в регионах европейской части территории России возникает в годы, начинающиеся в фазе Эль-Ниньо и заканчивающиеся в фазе Ла-Нинья с отрицательными аномалиями температуры в экваториальных широтах Тихого океана [25]. Так было, например, в 2010 г., когда летом на европейской территории России была аномальная жара с сильнейшими пожарами. В то же время для ряда регионов в азиатской части России (без Дальнего Востока) подобные процессы наблюдаются при продолжающейся фазе Эль-Ниньо с начала до конца года (как, например, в 2015 г.). Отмечена значимая связь с явлениями Эль-Ниньо гидрологического режима в бассейне Каспийского моря, в том числе его уровня. Следует отметить, что при глобальном потеплении возможно нарастание региональных эффектов в связи с тенденцией усиления и учащения квазициклических процессов типа Эль-Ниньо.

Рекордное амурское наводнение 2013 г., вызванное интенсивными продолжительными осадками в бассейне Амура, было обусловлено атмосферным блокированием над Тихим океаном в сезон дальневосточного муссона на фоне аномально высокой температуры поверхности океана в западной части Тихого океана в отрицательной фазе ТДО [9, 19]. Аномальному наводнению способствовало также повышенное влагосодержание почвы в речном бассейне вследствие увеличения зимнего снегозапаса в дальневосточном регионе. (Тенденция роста зимнего снегозапаса, проявляющаяся на территории России в последние десятилетия, связана с увеличением количества зимних осадков при потеплении.)

Рост ТПО способствует усилению конвективных процессов в атмосфере с усилением риска формирования экстремальных режимов ливневых осадков и наводнений в прибрежных регионах, тропических циклонов и их трансформации во внетропические [4, 9, 19]. Наряду с этим рост температуры морей и океанов способствует формированию так называемых “красных приливов” с вредоносным цветением водорослей в прибрежных зонах, как, например, в 2020 г. у полуострова Камчатка [9].

В связи с необходимостью соответствовать условиям Парижского соглашения (2015 г.) Рамочной конвенции ООН об изменении климата требуется адекватная количественная оценка всех источников эмиссий парниковых газов в атмосферу и их стоков, в том числе адекватный учёт углеродного баланса лесов, наземных и водных экосистем. В российских регионах наземные экосистемы, поглощая СО₂ из атмосферы, способствуют замедлению роста глобальной температуры у поверхности, а эмитируя в атмосферу CH_4, ускоряют потепление. Общий эффект естественных потоков этих парниковых газов из российских регионов в современных условиях способствует замедлению потепления. При этом согласно полученным в работе [26] модельным оценкам роль этого замедляющего потепление эффекта в первой половине XXI в. растёт, а после достижения максимума (зависящего от сценария антропогенных выбросов) к концу века уменьшается при различных анализировавшихся сценариях антропогенных воздействий в связи с ростом естественных эмиссий СН₄ и уменьшением поглощения СО₂ наземными экосистемами (рис. 7).

Необходимо принимать во внимание потенциальные новые риски и возможности. При принятии решений следует учитывать, что в зависимости от горизонта планирования может изменяться роль естественных потоков парниковых газов в атмосферу из наземных экосистем, в том числе стабилизирующий эффект, обусловленный поглощением потоков CO₂ лесами. Необходимы количественные оценки на разных временны́х горизонтах роли ключевых источников и стоков парниковых газов, связанных с различными естественными экосистемами – от степных до тундровых, а также болотами, озёрами и др.

Особое значение имеют оценки новых рисков и возможностей в Арктике в связи с сильнейшими климатическими изменениями в высоких широтах. При быстром уменьшении протяжённости морских льдов в Арктическом бассейне и увеличении навигационного периода открываются новые перспективы на Северном морском пути. На рисунке 8 приведены мультимодельные прогностические оценки для начала и конца навигационного периода на Северном морском пути при сценариях RCP4.5 и RCP8.5 в сопоставлении с оценками, полученными по спутниковым данным [27]. При этом усиление морского волнения в арктическом бассейне создаёт новые риски, в том числе для работ на шельфе.

Важное значение имеют оценки эмиссий метана в атмосферу в связи с возможным разложением метангидратов, в том числе на российском арктическом шельфе, при потеплении и таянии вечной мерзлоты. В настоящее время эти оценки, в частности для морей Восточной Арктики, различаются на порядки [28–34]. Следует отметить, что эмиссию метана в атмосферу, отмечаемую по данным наблюдений на арктическом шельфе, можно связать с адаптацией термического режима донных отложений шельфа (с характерным временем порядка 10⁴ лет) к режиму потепления в оптимуме голоцена [35, 36]. Согласно модельным оценкам [37–39], дополнительное глобальное потепление при учёте взаимодействия с природным метановым циклом (из-за соответствующей положительной климатической обратной связи) относительно мало на фоне ожидаемых температурных изменений в XXI в. при сценариях антропогенных воздействий.

Климатические аномалии последних лет свидетельствуют не только об увеличении риска экстремальных региональных событий, но и о возникновении новых явлений, характеризующих достижение определённого критического уровня происходящих изменений, в частности в Арктических регионах. Например, в последние годы выявлено образование воронок (кратеров) на Ямале и в сопредельных регионах [40, 41]. В работе [41] их возникновение связывается с разложением метангидратов неглубокого залегания с газовым выбросом в атмосферу в регионах распространения вечной мерзлоты на фоне потепления. Согласно [41] формирование метангидратов неглубокого залегания было возможно при высоком давлении под существовавшим в отмеченных регионах десятки тысяч лет назад ледовым щитом. То, что кратеры, подобные ямальским, образуются в настоящее время, свидетельствует о том, что современное потепление климата может быть не только сопоставимо с потеплением оптимума голоцена около 6 тыс. лет назад, но и превосходить его, по крайней мере на региональном уровне [41, 42]. В целом это согласуется с оценками, полученными в работе [43], для голоцена. В работе [41] также оценён риск образования кратеров в североамериканских регионах с вечной мерзлотой. Оценки критического уровня глобального потепления, при превышении которого режим роста антарктического ледового щита за счёт снегонакопления сменяется его деградацией вследствие интенсивного таяния, приводятся в работе [44]. Согласно полученным модельным оценкам, критический уровень, характеризующий качественную смену режима изменения уровня Мирового океана, может быть достигнут уже при глобальном потеплении на 1.6 К, тогда как в решениях Парижской конференции по изменению климата допускается увеличение глобальной приповерхностной температуры не более чем на 2 К. Полученная оценка критического уровня свидетельствует о целесообразности более жёстких ограничений для диапазона допустимых изменений климата (не более 1.5 К), вне которого возможны необратимые процессы.

В Климатической доктрине Российской Федерации (http://kremlin.ru/events/president/news/6365), принятой в 2009 г., отмечается: “Изменение климата является одной из важнейших международных проблем XXI века, которая выходит за рамки научной проблемы и представляет собой комплексную междисциплинарную проблему, охватывающую экологические, экономические и социальные аспекты устойчивого развития Российской Федерации. Особенную обеспокоенность вызывает беспрецедентно высокая скорость глобального потепления, наблюдаемая в течение последних десятилетий. Современная наука предоставляет всё более веские основания в подтверждение того, что хозяйственная деятельность человека, связанная прежде всего с выбросами парниковых газов в результате сжигания ископаемого топлива, оказывает заметное влияние на климат”.

Согласно результатам анализа современных изменений климата с использованием модельных оценок с учётом естественных и антропогенных факторов в результате быстрого потепления у поверхности в последние десятилетия земная климатическая система достигла режима, сопоставимого с режимом оптимума голоцена. При этом современные климатические модели способны адекватно воспроизводить не только средние глобальные и региональные режимы и тенденции их изменений, но и особенности их изменчивости, связанные с региональной спецификой [4].

Что касается России, то при продолжении глобального потепления наряду с учётом новых возможностей, включая перспективы использования Северного морского пути, увеличение вегетационного периода роста растений и др., необходимо решать проблемы адаптации и регулирования в связи с негативными последствиями таяния вечной мерзлоты, увеличения риска наводнений, экстремальной жары и засух, лесных пожаров и т.п. [4, 12, 45–48]. В связи с происходящими и ожидаемыми изменениями климата для эффективного решения проблем адаптации к ним и их возможного регулирования необходим кардинальный пересмотр системы критериев оценки новых рисков, негативных последствий и потенциальных выгод. Требуется стратегический подход (не только на одно-два десятилетия), развитие общей системы взаимно согласованных региональных оценок предсказуемости сезонных климатических аномалий в межгодовой и междесятилетней изменчивости.