Албедо на Земята. Живата материя увеличава поглъщането на слънчевата радиация от земната повърхност, намалявайки албедото не само на сушата, но и на океана. Известно е, че земната растителност значително намалява отразяването на късовълновата слънчева радиация в космоса. Албедото на горите, ливадите и полетата не надвишава 25%, но по-често се определя от числа от 10% до 20%. Има по-малко албедо само на гладка водна повърхност с пряка радиация и на мокър чернозем (около 5%), но голата, изсъхнала почва или покритата със сняг земя винаги отразяват много повече слънчева радиация, отколкото когато са защитени от растителност. Разликата може да достигне няколко десетки процента. Така сухият сняг отразява 85-95% от слънчевата радиация, а гората при наличие на стабилна снежна покривка - само 40-45%.[...]

Безразмерна величина, характеризираща отражателната способност на тяло или система от тела. А. елемент на отразяваща повърхност - отношението (в проценти) на интензитета (плътността на потока) на радиацията, отразена от даден елемент, към интензитета (плътността на потока) на падащата върху него радиация. Това се отнася до дифузно отражение; при насоченото отражение не говорят за отражение, а за коефициент на отражение. А. се различава: интегрална - за радиация в целия диапазон от дължини на вълните и спектрална - за отделни зониспектър Вижте също албедо на естествената повърхност, албедо на Земята.[...]

АЛБЕДО НА ЗЕМЯТА. Процентът на слънчевата радиация, излъчена от земното кълбо (заедно с атмосферата) обратно в световното пространство, към слънчевата радиация, получена на границата на атмосферата. Връщането на слънчевата радиация от Земята се състои от отражение от земната повърхност, разсейване на пряка радиация от атмосферата в космоса (обратно разсейване) и отражение от горната повърхност на облаците. А. 3. във видимата част на спектъра (визуална) - около 40%. За интегралния поток на слънчевата радиация интегралната (енергийна) А. 3. е около 35%. При отсъствие на облаци, визуално A. 3. би било около 15%.[...]

Албедо е стойност, характеризираща отражателната способност на повърхността на тялото; съотношение (в%) на отразения поток от слънчева радиация към потока от падаща радиация.[...]

Албедото на повърхността зависи от нейния цвят, грапавост, влажност и други свойства. Албедото на водните повърхности на слънчева надморска височина над 60° е по-малко от албедото на сушата, тъй като слънчевите лъчи, проникващи във водата, до голяма степен се абсорбират и разпръскват в нея.[...]

Албедото на всички повърхности и особено на водните повърхности зависи от височината на Слънцето: най-ниското албедо е по обяд, най-високото сутрин и вечер. Това се дължи на факта, че при ниска слънчева надморска височина се увеличава делът на разсеяната радиация в общата радиация, която се отразява от грапавата подложка в по-голяма степен, отколкото пряката радиация.[...]

ALBEDO е величина, характеризираща отразяващата способност на всяка повърхност. А. се изразява чрез съотношението на радиацията, отразена от повърхността, към слънчевата радиация, получена на повърхността. Например А. чернозем - 0,15; пясък - 0,3-0,4; средно А. Земя – 0,39, Луна – 0,07 [...]

Нека дадем албедото (%) на различни почви, скали и растителност (Чудновски, 1959): сух чернозем -14, мокър чернозем - 8, сух сирозем - 25-30, мокър сиерозем 10-12, суха глина -23, мокър глина - 16, бял и жълт пясък - 30-40, пролетна пшеница - 10-25, зимна пшеница - 16-23, зелена трева -26, суха трева -19, памук -20-22, ориз - 12, картофи - 19 [...]

Внимателните изчисления на албедото на сушата от ерата на ранния плиоцен (преди 6 милиона години) показват, че през този период албедото на земната повърхност на Северното полукълбо е било с 0,060 по-малко от съвременното и, както показват палеоклиматичните данни, климатът на това ерата беше по-топла и по-влажна; в средните и високите ширини на Евразия и Северна Америкарастителната покривка се отличаваше с по-богат видов състав, горите заемаха огромни територии, на север достигаха бреговете на континентите, на юг границата им минаваше на юг от границата на съвременната горска зона.[...]

Измерванията с помощта на албедомери, разположени на височина 1-2 m над земната повърхност, позволяват да се определи албедото на малки площи. Стойностите на албедото на големи площи, използвани при изчисленията на радиационния баланс, се определят от самолет или сателит. Типични стойности на албедо: влажна почва 5-10%, черна почва 15%, суха глинеста почва 30%, лек пясък 35-40%, полски култури 10-25%, тревна покривка 20-25%, гора - 5-20%, прясно паднал сняг 70-90%; водна повърхност за пряка радиация от 70-80% при слънце близо до хоризонта до 5% при високо слънце, за дифузна радиация около 10%; облачна горна повърхност 50-65%.[...]

Максималната зависимост на албедото се открива върху естествени повърхности, върху които наред с дифузното отражение се наблюдава пълно или частично огледално отражение. Това са гладка и леко разстроена водна повърхност, лед, сняг, покрит с кора.[...]

Очевидно е, че за дадено албедо на еднократно разсейване, абсорбцията ще се увеличи с увеличаване на съотношението на дифузното лъчение и средната множественост на разсейване. За слоестите облаци, с увеличаване на зенитния ъгъл на Слънцето, поглъщането намалява (Таблица 9.1), тъй като албедото на облачния слой се увеличава и, поради силното удължение напред на индикатриса на разсейване, средният коефициент на разсейване на отразената радиация очевидно намалява. Този резултат е в съответствие с изчисленията. За купестите облаци е вярно обратното съотношение, което се обяснява с факта, че при голяма облачност делът на дифузната радиация рязко нараства. За Q = 0° е валидно неравенството Pst (¿1, zw+1) > PCi, gL/+1), което се дължи на факта, че излъчването, излизащо през страните на купести облаци, има средно a по-нисък коефициент на разсейване. При = 60°, ефектът, свързан със средното увеличение на фракцията на дифузната радиация, е по-силен от ефекта, дължащ се на намаляване на средния фактор на разсейване, следователно обратното неравенство е вярно.[...]

Приближението на независимия пиксел (IPA) се използва за изчисляване на пространствено осредненото албедо. Смисълът на приближението е, че свойствата на излъчване на всеки пиксел зависят само от неговата вертикална оптична дебелина и не зависят от оптичната дебелина на съседните области. Това означава, че пренебрегваме ефектите, свързани с крайните размери на пикселите и хоризонталния радиационен трансфер.[...]

Има интегрално (енергийно) албедо за целия радиационен поток и спектрално албедо за отделни спектрални области на излъчване, включително визуално албедо за излъчване във видимата област на спектъра. Тъй като спектралното албедо е различно за различните дължини на вълните, A.E.P. се променя с височината на слънцето поради промени в спектъра на радиация. Годишният ход на A.E.P. зависи от промените в естеството на подстилащата повърхност.[...]

Производната 911/dC е разликата между средното албедо на слоести и купести облаци, което може да бъде или положително, или отрицателно (виж Фиг. 9.5, а).[...]

Подчертаваме, че при ниски стойности на влажност земното албедо се променя най-рязко и малките колебания в континенталната влажност трябва да доведат до значителни колебания в албедото и следователно температурата. Повишаването на глобалната температура на въздуха води до увеличаване на съдържанието на влага (топлата атмосфера съдържа повече водни пари) и до увеличаване на изпарението на водите на Световния океан, което от своя страна допринася за валежите на сушата. По-нататъшното повишаване на температурата и влажността на континентите осигурява засилено развитие на естествените растителни покривки (например производителността на тропическите гори на Тайланд е 320 центнера суха маса на 1 хектар, а пустинните степи на Монголия - 24 центнера ). Това допринася за още по-голямо намаляване на албедото на сушата, количеството на абсорбираната слънчева енергия се увеличава и в резултат на това има допълнително повишаване на температурата и влажността. [...]

С помощта на пиранометър можете лесно да определите албедото на земната повърхност, количеството радиация, излъчвана от кабината и т.н. От промишлено произведените инструменти се препоръчва използването на пиранометър M-80 в тандем с GSA-1 стрелка галванометър.[...]

Въздействието на облачността върху биосферата е разнообразно. Той влияе върху албедото на Земята, пренася водата от повърхността на моретата и океаните към сушата под формата на дъжд, сняг, градушка, а също така покрива Земята през нощта като одеяло, намалявайки нейното радиационно охлаждане.[...]

Радиационният баланс може да варира значително в зависимост от албедото на земната повърхност, тоест от съотношението на отразената към получената слънчева светлинна енергия, изразено в части от единица. Сухият сняг и солените отлагания имат най-високо албедо (0,8-0,9); средни стойности на албедо - растителност; най-малките - водни тела (резервоари и водонаситени повърхности) - 0,1-0,2. Албедото засяга неравностойното дарение слънчева енергияразлични качествени повърхности на Земята и въздуха в близост до нея: полюсите и екватора, сушата и океана, различни частисуши в зависимост от естеството на повърхността и др.[...]

В крайна сметка е необходимо да се вземат предвид такива важни климатични параметри като албедо - функция на влажността. Албедото на блатата например е няколко пъти по-малко от албедото на пустините. И това ясно се вижда от сателитни данни, според които пустинята Сахара има много високо албедо. И така, оказа се, че когато земята стане влажна, възниква и положителна обратна връзка. Влажността се увеличава, планетата се затопля повече, океаните се изпаряват повече, повече влага достига сушата и влажността отново се повишава. Тази положителна връзка е известна в климатологията. И вече споменах втората положителна връзка при анализа на динамиката на колебанията в нивото на Каспийско море.[...]

Във втората версия на изчислението се приема, че степента на зависимост на албедото от запасите от земна влага е намаляла 4 пъти, а степента на зависимост на валежите от температурата е намаляла наполовина. Оказа се, че в този случай системата от уравнения (4.4.1) има хаотични решения. С други думи, ефектът от хаоса е значителен и продължава в широк диапазон от промени в параметрите на хидроклиматичната система.[...]

Нека след това разгледаме влиянието на ледената покривка. След като представи емпирични данни за албедото, Будико добави към уравнението, свързващо температурата с радиацията, член, който отчита нелинейната зависимост на влиянието на ледената покривка, което е причината за ефекта на самоусилване. [...]

Многократното разсейване играе важна роля при формирането на радиационното поле в облаците, следователно албедото А и предаването на дифузна радиация (достигат големи стойности дори в онези пиксели, които се намират извън облаците (фиг. 9.4, b, d) Облаците имат различна дебелина, която при дадена реализация на облачното поле варира от 0,033 до 1,174 км. Радиационното поле, отразено от отделен облак, се разпространява в пространството и се припокрива с радиационните полета на други облаци, преди да достигне g- AN равнина, където се определя албедото Ефектите от разпространението и припокриването толкова силно изглаждат зависимостта на албедото от хоризонталните координати, че много детайли са маскирани и от известни стойности на албедото е трудно визуално да се възстанови реалната картина на разпределението на облаците в пространството (фиг. 9.4, а, б). Върховете на най-мощните облаци са ясно видими, тъй като в този случай влиянието на горните ефекти не е достатъчно силно. Албедото варира в диапазона от 0,24 до 0,65, и средната му стойност е 0,33.[...]

Поради многократно разсейване в системата „атмосфера-подлежаща повърхност“ при големи стойностинараства албедото на разсеяната радиация. В табл 2.9, съставен по данни на К. Я. Кондратиев, показва стойностите на потока от разсеяна радиация И при безоблачно небе и различни значенияалбедо на подстилащата повърхност (/ha = 30°). [...]

Второто обяснение е свързано с резервоарите. Те се включват в енергийния баланс като комплекси, които променят албедото на естествената повърхност. И това е справедливо, като се имат предвид големите, продължаващи да се разрастват площи от резервоари.[...]

Отразената от земната повърхност радиация е най-важният компонент на нейния радиационен баланс. Интегралното албедо на естествените повърхности варира от 4-5% за дълбоки резервоари на слънчева надморска височина над 50° до 70-90% за чист сух сняг. Всички естествени повърхности се характеризират със зависимост на албедото от височината на Слънцето. Най-големите промени в албедото се наблюдават от изгрева на слънцето до височината му над хоризонта от около 30%.[...]

Съвсем различна картина се наблюдава в тези спектрални интервали, където самите облачни частици интензивно поглъщат и албедото на единичното разсейване е малко (0,5 - 0,7). Тъй като по време на всяко събитие на разсейване значителна част от радиацията се абсорбира, албедото на облака ще се формира главно поради първите няколко множествености на разсейване и следователно ще бъде много чувствително към промените в индикатриса на разсейване. Наличието на кондензационно ядро ​​вече не е в състояние значително да промени албедото на единичното разсейване. Поради тази причина при дължина на вълната 3,75 μm доминира ефектът на индикатриса на аерозола и спектралното албедо на облаците се увеличава приблизително 2 пъти (Таблица 5.2). За някои дължини на вълните ефектът, дължащ се на абсорбцията от димен аерозол, може точно да компенсира ефекта, дължащ се на намаляването на размера на облачните капки, и албедото няма да се промени.[...]

Методът OUFR, както видяхме, има редица недостатъци, свързани с влиянието на аерозола и необходимостта от въвеждане на корекции за албедото на тропосферата и подлежащата повърхност. Едно от основните ограничения на метода е невъзможността за получаване на информация от области на атмосферата, които не са осветени от Слънцето. Методът за наблюдение на собственото излъчване на озон в лентата 9,6 µm няма този недостатък. Технически методът е по-опростен и позволява дистанционни измервания в дневното и нощното полукълбо, във всяка географска област. Интерпретацията на резултатите е по-проста в смисъл, че в разглежданата област на спектъра могат да се пренебрегнат процесите на разсейване и влиянието на пряката слънчева радиация. Идеологически този метод се отнася до класически методи обратни задачисателитна метеорология в инфрачервения диапазон. Основата за решаване на такива проблеми е уравнението за пренос на радиация, използвано преди това в астрофизиката. Постановка и основни характеристикипроблемите на метеорологичното сондиране и математическите аспекти на решението се съдържат във фундаменталната монография на К. Я. Кондратиев и Ю. М. Тимофеев.[...]

U.K.R. за Земята като цяло, изразено като процент от притока на слънчева радиация на горната граница на атмосферата, се нарича албедо на Земята или планетарно албедо (на Земята).[...]

[ ...]

Вярно е, че намаляването на съдържанието на водни пари означава и намаляване на облачността, а облаците действат като основен фактор, който увеличава албедото на Земята или го намалява, ако облачността намалее. [...]

Необходими са също по-точни данни за процесите на фотодисоциация (O2, NO2, H2O2 и др.), т.е. за напречните сечения на абсорбция и квантовите добиви, както и за ролята на аерозолното разсейване на светлината и албедото в процеса на дисоциация. Променливостта на късовълновата част от слънчевия спектър във времето също е от голям интерес.[...]

Важно е да се отбележи, че фитопланктонът има по-висока отражателна способност (Lkv 0,5) при дължини на вълните на слънчевата радиация A > 0,7 μm, отколкото при по-къси X (Lkv 0,1). Това спектрално изменение на албедото е свързано с необходимостта на водораслите, от една страна, да абсорбират фотосинтетично активна радиация (фиг. 2.29), а от друга, да намалят прегряването. Последното се постига в резултат на отразяването на по-дълговълновата радиация от фитопланктона. Може да се предположи, че формулите, дадени в параграф 2.2, също са подходящи за изчисляване на такива параметри на топлинните потоци като входяща и изходяща радиация, емисионна способност и албедо, при условие че данните за Ha и други метеорологични елементи също имат необходимата по-висока времева разделителна способност (т.е. получени с по-кратка времева стъпка).[...]

От физически обоснованото предположение, че концентрацията на водни пари нараства с повишаване на температурата, следва, че можем да очакваме увеличаване на водното съдържание, чието увеличение води до увеличаване на албедото на облаците, но има малък ефект върху тяхното дълговълново излъчване , с изключение на перестите облаци, които не са напълно черни. Това намалява нагряването на атмосферата и повърхността от слънчевата радиация, а оттам и температурата, и дава пример за отрицателна радиационна обратна връзка в облака. Оценките на стойността на параметъра X на тази обратна връзка варират в широки граници от 0 до 1,9 W-m 2-K 1. Трябва да се отбележи, че недостатъчно подробното описание на физическите, оптичните и радиационните свойства на облаците, както и неотчитането на тяхната пространствена хетерогенност, е един от основните източници на несигурност в изследванията по проблема с глобалното изменение на климата. [...]

Друг фактор, на който също не е обърнато внимание, е, че излъчваният аерозол може значително да отслаби слънчевата радиация, под въздействието на която озонът се възстановява в атмосферата. Увеличаването на албедото поради увеличеното съдържание на аерозол в стратосферата трябва да доведе до намаляване на температурата, което забавя възстановяването на озона. Тук обаче трябва да извършите подробни изчисления с различни моделиаерозол, тъй като много аерозоли значително абсорбират слънчевата радиация и това води до известно нагряване на атмосферата.[...]

Прогнозира се, че увеличаването на съдържанието на CO2 в атмосферата с 60% от сегашното ниво може да доведе до повишаване на температурата на земната повърхност с 1,2 - 2,0 °C. Наличието на обратна връзка между количеството снежна покривка, албедото и температурата на повърхността трябва да доведе до факта, че температурните промени могат да бъдат още по-големи и да причинят фундаментална промяна в климата на планетата с непредсказуеми последствия.[ ...]

Нека единичен поток от слънчева радиация пада върху горната граница на облачния слой в равнината X01: и ср0 = 0 са зенитният и азимуталния ъгъл на Слънцето. Във видимата област на спектъра разсейването на Релей и аерозолната светлина може да бъде пренебрегнато; Задаваме албедото на подлежащата повърхност равно на нула, което приблизително съответства на албедото на океана. Изчисленията на статистическите характеристики на полето на видимата слънчева радиация, извършени при ненулево албедо на подстилащата повърхност на Ламберт, са специално отбелязани в текста. Индикатриса на разсейване се изчислява с помощта на теорията на Mie за моделен облак Cx [1] и дължина на вълната 0,69 μm. Облачното поле се генерира от поасоянски ансамбъл от точки в пространството.[...]

Физическият механизъм на нестабилност е, че скоростта на натрупване на запаси от земна влага поради валежите надвишава скоростта на тяхното намаляване поради речния отток, а увеличаването на земната влага, както е показано по-горе, причинява намаляване на албедото на Земята и след това реализира се положителна обратна връзка, което води до нестабилност на климата. По същество това означава, че Земята е постоянно преохлаждана (ледникови епохи, охлаждане на климата) или прегрявана (затопляне и овлажняване на климата, повишено развитие на растителността – режимът на „мократа и зелена” Земя).[...]

Трябва да се има предвид, че точността на оценките както на парниковия ефект като цяло, така и на неговите компоненти все още не е абсолютна. Не е ясно, например, как може точно да се вземе предвид парниковата роля на водните пари, които, когато се появят облаци, се превръщат в мощен фактор за увеличаване на албедото на Земята. Стратосферният озон не е толкова парников газ, колкото е анти-парников газ, тъй като отразява приблизително 3% от входящата слънчева радиация. Прахът и другите аерозоли, особено серните съединения, намаляват нагряването на земната повърхност и долна атмосфера, въпреки че за топлинния баланс на пустинните райони те играят обратната роля.[...]

И така, поглъщането и отразяването на слънчевата радиация от аерозолни частици ще доведе до промяна в радиационните характеристики на атмосферата, общо охлаждане на земната повърхност; ще повлияе на макро- и мезо-мащабната атмосферна циркулация. Появата на множество кондензационни ядра ще повлияе на образуването на облаци и валежи; ще има промяна в албедото на земната повърхност. Изпаряването на водата от океаните при наличие на приток на студен въздух от континентите ще предизвика обилни валежи в крайбрежните райони и на континентите; източникът на енергия, способен да предизвика буря, ще бъде топлината на изпарението.[...]

При решаването на триизмерното транспортно уравнение са използвани периодични гранични условия, които предполагат, че слоят 0[...]

Повърхностният слой на тропосферата е най-силно засегнат от антропогенно въздействие, чийто основен вид е химичното и топлинното замърсяване на въздуха. Температурата на въздуха се влияе най-силно от урбанизацията на територията. Температурните разлики между урбанизирана зона и околните незастроени зони са свързани с размера на града, гъстотата на застрояване и синоптичните условия. Има тенденция за повишаване на температурата във всяка малка и голям град. За големите градове в умерения пояс температурният контраст между града и предградията е 1-3° C. В градовете албедото на подстилащата повърхност (съотношението на отразената радиация към общата радиация) намалява в резултат на появата на на сгради, конструкции и изкуствени повърхности; тук слънчевата радиация се абсорбира по-интензивно и се акумулира от конструкции, сградите абсорбират топлина през деня с освобождаването й в атмосферата вечер и през нощта. Потреблението на топлина за изпаряване се намалява, тъй като площите с открита почвена покривка, заети от зелени площи, се намаляват, а бързото отстраняване на валежите от дренажните системи за дъждовна вода не позволява създаването на запаси от влага в почвите и повърхностните водни тела. Градското развитие води до образуването на зони на стагнация на въздуха, което води до неговото прегряване; прозрачността на въздуха в града също се променя поради повишеното съдържание на примеси в него от промишлени предприятия и транспорт. В града намалява общата слънчева радиация, както и насрещната инфрачервена радиация от земната повърхност, което заедно с топлообмена на сградите води до появата на локален „парников ефект“, т.е. градът се „покрива“ с одеяло от парникови газове и аерозолни частици. Под влияние на градското развитие количеството на валежите се променя. Основен фактор за това е радикалното намаляване на пропускливостта на подстилащата повърхност за седименти и създаването на мрежи за отвеждане на повърхностния отток от града. Огромното количество изгорено въглеводородно гориво е от голямо значение. На територията на града в топло време се наблюдава намаляване на абсолютните стойности на влажност и обратната картина в студено време - в рамките на града влажността е по-висока, отколкото извън града.[...]

Нека разгледаме някои основни свойства на сложните системи, като имаме предвид конвенцията на термина „комплекс“. Една от основните характеристики на системата, която ни принуждава да я разглеждаме като самостоятелен обект, е, че системата винаги е нещо повече от сбора на нейните съставни елементи. Това се обяснява с факта, че повечето важни свойствасистемите зависят от естеството и броя на връзките между елементите, което дава на системата способността да променя състоянието си с течение на времето и да има доста разнообразни реакции към външни влияния. Разнообразието от връзки означава, че има връзки с различно „тегло” или „сила”; Освен това в системата възникват обратни връзки с различни признаци на действие - положителни и отрицателни. Елементи или подсистеми, свързани чрез положителна обратна връзка, са склонни, ако не са ограничени от други връзки, да се подсилват взаимно, създавайки нестабилност в системата. Например повишаването на средната температура на Земята води до топенето на полярните и планински лед, намалявайки албедото и поглъщайки повече енергия, идваща от Слънцето. Това предизвиква по-нататъшно повишаване на температурата, ускорено намаляване на площта на ледниците - отражатели на лъчистата енергия на Слънцето и т.н. Ако не бяха много други фактори, влияещи върху средната температура на повърхността на планетата, Земята би могла да съществува само или като „ледена“, отразяваща почти цялата слънчева радиация, или като гореща, безжизнена планета, като Венера.

Арктика изпитва ефектите от глобалното затопляне два пъти по-бързо от останалата част на планетата

Оттеглящите се ледници не само осигуряват достъп до ценни минерали и нови морски пътища, но също така представляват сериозни опасности. Кой ще спечели от това и какви са последствията от тези климатични промени?

Стоейки на гренландски ледник, става очевидно защо неспокоен модерен човектолкова уважително дивата природа. Накъдето и да погледнете, ледът привлича окото, компресиран и изострен от уникалното сливане на природни сили.

Сребърни и лазурно сини ледени хребети, ледени могили и други замръзнали произведения могат да бъдат внимателно наблюдавани в чист въздухАрктика. Големи ледници възстановяват реда сред ледените сгради, спускайки се към полузамръзналото море.

Ледената шапка все още е на мястото си, замръзнала в своето възмущение. Няма дъх, няма звук от двигателя, няма звън на птици. Без шум. Вместо шум има пълното му отсъствие. Усещаш го като натиск в слепоочията си и, ако се вслушаш внимателно, като рев на призрак. За поколения европейски изследователи със замръзнали мустаци ледената покривка все още е синоним на думите сила на природата.

Арктика е едно от най-малко проучените места в света. Това е последното диво място. Дори имената на нейните морета и реки са малко известни, въпреки че много от тях са доста големи. Енисей и Лена - всеки от тях носи повече водав морето от Мисисипи или Нил.

Гренландия, най-големият остров в света, е шест пъти по-голям от Германия. Въпреки това има население от едва 57 000 души, предимно инуити, разпръснати сред малки крайбрежни общности.

Общо Арктика - грубо определена от Арктическия кръг с малка прилежаща област на юг - е дом на само 4 милиона души, около половината от които живеят в няколко тъжни постсъветски града като Мурманск и Магадан. Останалата част от територията, включително големи части от Сибир, Северна Аляска, Северна Канада, Гренландия и Северна Скандинавия, е обитавана от много малко хора. Регионът обаче далеч не е недосегаем.

Бързо движение напред

Топлинна карта на света, цветно кодирана, за да покаже температурните промени, боядисва Арктика в ярко бордо. От 1951 г. тя се е затоплила около два пъти по-бързо от средното за света. Температурите в Гренландия се покачиха с 1,5°C през този период, в сравнение с около 0,7°C в целия свят. Очаква се това несъответствие да продължи.

Покачване с 2°C на глобалните температури – което изглежда неизбежно, тъй като емисиите на парникови газове продължават да нарастват – би означавало затопляне с 3-6°C в Арктика.

Почти всички арктически ледници са се оттеглили. Размерът на арктическата земя, покрита със сняг в началото на лятото, е намалял с почти една пета от 1966 г.

Но Северният ледовит океан претърпява най-големи промени. През 70-те, 80-те и 90-те години, минимални обеми полярен леднамалявайки с около 8% на всяко десетилетие. През 2007 г. морският лед се напука, топейки се през лятото до минимума от 4,3 милиона квадратни метра. км. (1,7 милиона квадратни мили), това е само половината от средната площ за 60-те години на миналия век и 24% по-малко от предишното дъно, поставено през 2005 г. Това освободи леда - за първи път в човешката история - на така наречения западен проход, морския път през 36-те хиляди острова на Арктическия архипелаг на Канада.

Учените се опитват да обяснят това, като казват, че през 2007 г. всички сили на естествената променливост, включително топло време, ясно небе и топли течения, подредени за подобряване на сезонното топене. Но миналата година нямаше такова забележително съвпадение: беше обикновена година за Арктика. И обемите морски ледсе сви до почти същия размер.

Няма сериозно съмнение коя е основната причина за затоплянето. В Арктика, както и навсякъде по планетата, това се случва в резултат на повишени емисии на газове в атмосферата, които улавят топлината, главно въглероден двуокисемитирани от изгарянето на изкопаеми горива. Защото атмосферата губи по-малко слънчева топлина, тя прегрява - това физически ефектпредсказано още през 1896 г. от шведския учен Сванте Арениус. Но защо Арктика се затопля по-бързо от други места?

Първо помислете колко чувствителна е Арктика към температурните промени поради местоположението си. И в двете полукълба климатичните системи са проектирани да насочват топлината от парния екватор към замръзналите полюси. Но на север такъв обмен е много по-ефективен. Това отчасти се дължи на високите планински вериги на Европа, Азия и Америка, които помагат за смесването на топли и студени фронтове, точно както камъните насочват изтичането на вода в поток. Антарктида, която е заобиколена от обширни южни морета, е подложена на много по-малко атмосферно смесване.

Сушата около Арктика също пречи на полярните океани да циркулират нормално около нея, както правят около Антарктика. Вместо това се случва гигантски обмен на студени и горещи водни маси от север на юг, между арктическите земни маси: Тихи океантече през Беринговия проток, между Сибир и Аляска, и Атлантическия океан през протока Фрам между Гренландия и норвежкия архипелаг Шпицберген.

Това поддържа средната годишна температура във високите части на Арктика (северните краища на сушата и морето отвъд) при сравнително горещи -15 °C, като голяма част от останалата част от Арктика е близо до точката на топене през по-голямата част от годината. Дори леко затопляне може да има значително въздействие върху екосистемите на региона.

Антарктида също се затопля, но със средна годишна температура от -57°C ще са необходими повече от няколко горещи лета, за да стане очевидно.

Албедо ефект

Ефективното смесване на въздуха север-юг също може да играе роля за увеличаване на затоплянето на Арктика. Ветровете, които духат на север, носят замърсители, включително сажди от европейски и азиатски комини, и това има мощен ефект върху повишаването на температурите на снега.

През последните десетилетия също се наблюдава повишаване на нивата на живак, страничен продукт от изгарянето на въглища, в тъканите на белуги, моржове и полярни мечки, които ескимосите ядат. Това е още една причина, поради която Арктика не е девствена.

Но главната причинаувеличаването на ефекта от затоплянето в Арктика е замяната на лек сняг и лед с тъмно оцветена почва или вода. Тъй като тъмните повърхности абсорбират повече топлина от светлите повърхности, това причинява локално затопляне, което води до повече топене на сняг и лед, което на свой ред освобождава още повече тъмна земя и вода и т.н.

Така нареченият албедо ефект има по-мощни положителни странични ефекти, отколкото повечето изследователи очакваха. Повечето модели за изменение на климата прогнозират, че Северният ледовит океан може да се освободи от лед през лятото преди края на този век. Изследване, публикувано през 2009 г. в списанието Geophysical Research Letters, предполага, че това може да се случи преди 2037 г. Някои сега вярват, че ще стане още по-рано.

Трудно е да се надценят колко драматични ще бъдат последствията от това. Може да се окаже, че светът не е виждал такива зашеметяващи промени след изсичането на големите гори на Америка през 19 век или може би след унищожаването на величествените гори на Китай и Западна Европа преди хиляда години. заобикаляща среда. Последствията за арктическите екосистеми ще бъдат решаващи.

Тъй като древните ледени бариери изчезват, арктическите брегове се разрушават; части от сушата на Аляска се оттеглят с 14 метра (45 фута) годишно. Ниши за настаняване като басейни разтопена водана многогодишен лед те намаляват. Някои високоспециализирани арктически видове вероятно ще изчезнат, тъй като техните местообитания се свият и южните видове заемат тяхното място. Други ще просперират.

Първите признаци на това биологично преструктуриране вече са очевидни. Животът е труден за чисто арктически видове, включително полярната мечка. Нови за региона видове, като скумрия и атлантическа треска, все по-често се улавят в мрежите на траулери. Последствията от промените в Арктика обаче ще се усетят далеч отвъд нейните граници.

Топенето на морските ледници няма да повлияе на световните морски нива, защото ледът плава и измества собствената си маса от морска вода. Но топенето на ледниците ще окаже влияние и Арктика вече губи своите ледени натрупвания с бързи темпове.

Ледената шапка на Гренландия губи около 200 гигатона лед годишно, достатъчно, за да осигури вода за милиарди хора. По-малките арктически ледени шапки и ледници заедно губят сходни количества. Дори преди това да стане ясно, Междуправителственият панел по изменение на климата (IPCC) прогнозира, че морското равнище ще се повиши с 59 см през този век. Предвид това, което се случва на север, мнозина сега смятат тези очаквания за твърде скромни.

Съществуват опасения, че потокът от разтопена вода в Арктика може да наруши мощните „въртележки“ на световните океани, обмена на топли тропически и студени полярни води. Това се е случвало и преди, от понеседем пъти през последните 60 хиляди години и това трябва да се избягва.

Но последните доказателства сочат, че такова бедствие не е неизбежно. Друг проблем - че топенето на Арктика може да освободи огромни количества въглероден диоксид и метан - се очертава все по-ясно. Това също вече се е случвало преди около 55 хиляди години, което е довело до глобално повишаване на температурата с 5°C за няколко хиляди години.

Такива рискове са трудни за проследяване, освен ако не са твърде опасни. Много елементи на промяната в Арктика, включително скоростта на топене на снега и отдръпване на ледниците, все още са в исторически вариации.

Въпреки това, фактът, че тези промени са причинени от човешка дейност, е безпрецедентен и представлява огромна несигурност относно това колко бързо ще се появят. За тези, които са склонни да игнорират рисковете, струва си да се отбележи, че дори по-екстремните прогнози за затопляне в арктическите региони изостават от това, което се е случило в действителност.

Богатствата на Севера

В дългосрочен план топенето на ледовете на север може да има опустошителни последици. Но, парадоксално, нито един арктически вид няма да се възползва толкова много от това, колкото този, който го е причинил: хората.

Изчезването на морските ледници може да означава края на последната ескимосска култура. Силното затопляне обаче може да направи много хора богати.

Тъй като замръзналата тундра се оттегля на север, големи площи от Арктика ще станат подходящи за селско стопанство. Една по-ранна арктическа пролет може да доведе до 25% увеличение на растителната продукция. Това ще позволи на гренландците да отглеждат повече от мижавите 100 тона картофи, които отглеждат в момента.

Много други ценни материали също ще стават все по-достъпни. Арктика вече е голям източник на минерали, включително цинк в Аляска, злато в Канада, желязо в Швеция и никел в Русия, като много други чакат да бъдат добити.

В Арктика също има много петрол и газ. Понастоящем лицензи за проучване на недра се издават в целия регион: САЩ, Канада, Гренландия, Норвегия и Русия.

На 18 април ExxonMobil одобри условията на споразумението с Руска компанияРоснефт планира да инвестира до 500 милиарда долара в разработването на офшорни резерви, включително в руската Арктика. Петролните компании не обичат да говорят за това, но то сочи други положителни странични ефекти от топенето на Арктика. Изменението на климата в резултат на изгарянето на изкопаеми горива ще позволи производството на повече арктически въглеводороди, които след това ще бъдат изгорени.

Тези нови арктически индустрии няма да се появят за една нощ. Все още има много ледници, които да продължат да работят на север изключително трудно и скъпо, 24-часовите нощи и арктическите циклони ще го направят още по-трудно.
Повечето съвременни усилия за проучване е малко вероятно да произвеждат въглеводороди. Поне за следващите десет години. Но с времето ще стане. Цената е огромна и петролни компаниии правителствата на арктическите страни са готови да го платят.

Малко преди да бъде подписан договорът между ExxonMobil и Rosneft, руският президент Владимир Путин обяви планове да направи много по-привлекателно за чужденците да инвестират в руския офшорен енергиен сектор.

„Офшорните резерви, особено в Арктика, са без преувеличение стратегически резерв през 21 век“, каза той.

През първата половина на 20 век Арктика, като най-краткият път между Русия и Америка, беше най-вероятният театър на ядрена война и някои виждат потенциал за нов конфликт в нейното развитие. Русия и Канада, двете най-големи държави в Арктика по площ, предизвикват този страх, като Арктика подхранва яростни националистически настроения и в двете страни.

От гледна точка на техните северни региони, някои от осемте арктически държави се стремят към известна степен на милитаризация на региона. Норвегия премести военния си команден център в арктическия град Рейтан през 2009 г. Русия заменя и модернизира шест от атомните си ледоразбивачи, както и някои части от гражданската си инфраструктура, като взема предвид проблемите на сигурността. Нашият специален доклад обаче предполага, че предупрежденията за конфликт в Арктика, подобно на климата, са твърде прегрявани.

Арктика не е ничия земя. За разлика от Антарктика, която се управлява от международен договор, по-голямата част от нея е демаркирана. Сред половин дузина териториални спорове в региона може би най-големият е спорът между Съединените щати и Канада за статута на Северозападния проход. Тези две държави няма да започнат война. И повечето арктически страни са членове на НАТО.

Топенето на Арктика обаче ще има геостратегически последици отвъд това, че ще позволи на богатите на ресурси страни да станат по-богати. Потенциално опустошителните последици от отварянето на нови търговски пътища са ясни. Навигацията по крайбрежието на Сибир по североизточния проход или Северния морски път (СМП), както го наричат ​​руснаците и моряците, намалява разстоянието между Западна ЕвропаИ източна Азияс около една трета. В момента прелезът е отворен за четири или пет месеца в годината и става все по-използван.

През 2010 г. само четири кораба са използвали NSR; миналата година вече имаше 34 в двете посоки, включително танкери, хладилни рибни кораби и дори един круизен кораб.

Големи азиатски износители - Китай, Япония и Южна Кореа- вече инвестират в строителството на кораби за ледоразбиване или планират да го направят. За Русия, която има големи планове за развитие на морския път заедно с трансбордните центрове и друга инфраструктура, това е двойна полза. Това ще му помогне да снабдява пазара с арктически ресурси по-бързо и също така, тъй като NSR става все по-използван, ще диверсифицира своята зависима от въглеводороди икономика.

Има рискове от възникване на спор или война по този въпрос, който изисква уреждане. Това, което е добро за Русия, може да бъде лошо за Египет, който миналата година спечели над 5 милиарда долара приходи от Суецкия канал, алтернативен корабоплаващ маршрут изток-запад.

Така че е много добре, че работата на регионалния клуб, Арктическия съвет, е обещаваща.

И все пак как да съчетаете рисковете за околната среда от топенето на Арктика с икономическите възможности, които то ще донесе? Свиването на морските ледници е дело на ръцете, точно както разораването на прериите. Може дори да се окаже полезно. Но разходите също ще бъдат огромни. Уникалните екосистеми и много видове природа ще бъдат загубени с промяната на околната среда. Причината за това е глобалното замърсяване, глобални са и рисковете от него. Арктика, която вече не изглежда толкова далечна и недосегаема, се очертава като мощен символ на човешката епоха.

Общата слънчева радиация, достигаща до земната повърхност, се отразява частично от нея и се губи от нея - това е отразена радиация (R k),съставлява около 3% от цялата слънчева радиация. Останалата радиация се абсорбира горен слойпочва или вода и се нарича абсорбирана радиация(47%). Той служи като източник на енергия за всички движения и процеси в атмосферата. Степента на отражение и съответно поглъщане на слънчевата радиация зависи от отразяващата способност на повърхността или албедото. Албедо на повърхносттае отношението на отразената радиация към общата радиация, изразено като част от единица или като процент: A=R k /Q∙100%.Отразената радиация се изразява с формулата R k = Q∙A,останалите абсорбирани - Q–R kили (Q·(1–A),където 1– А -коефициент на поглъщане и Аизчислено в части от едно.

Албедото на земната повърхност зависи от нейните свойства и състояние (цвят, влажност, грапавост и др.) и варира в широки граници, особено в умерените и субполярните ширини поради смяната на сезоните на годината. Най-високо е албедото за прясно паднал сняг - 80-90%, за сух светъл пясък - 40%, за растителност - 10-25%, за мокър чернозем - 5%. В полярните райони високото албедо на снега отрича предимството на големите количества обща радиация, получена през лятната половина на годината. Албедото на водните повърхности е средно по-малко от това на сушата, тъй като във водата лъчите проникват по-дълбоко в горните слоеве, отколкото в почвите, разпръскват се там и се абсорбират. В същото време албедото на водата е силно повлияно от ъгъла на падане на слънчевата светлина: колкото по-малък е той, толкова по-голяма е отразяващата способност. При вертикално падане на лъчите албедото на водата е

2-5%, при малки ъгли - до 70%. Като цяло албедото на повърхността на Световния океан е по-малко от 20%, така че водата абсорбира до 80% от общата слънчева радиация, като е мощен акумулатор на топлина на Земята.

Интересно е и разпределението на албедото на различни географски ширини. глобуси през различните сезони.

Албедото обикновено нараства от ниски към високи географски ширини, което е свързано с увеличаване на облачността над тях, снежната и ледена повърхност на полярните региони и намаляване на ъгъла на падане на слънчевите лъчи. В този случай локалният максимум на албедото се вижда на екваториалните ширини поради големия

облачност и ниски нива в тропичните ширини с тяхната минимална облачност.

Сезонните вариации на албедото в северното (континентално) полукълбо са по-големи, отколкото в южното, което се дължи на по-острата му реакция към сезонните промени в природата. Това е особено забележимо в умерените и субполярните ширини, където албедото намалява през лятото поради зелената растителност и се увеличава през зимата поради снежната покривка.

Планетарното албедо на Земята е съотношението на „неизползваната“ късовълнова радиация, излизаща в космоса (всички отразени и някои разсеяни) към общ бройслънчевата радиация, достигаща Земята. Оценява се на 30%.

Дългосрочната тенденция на албедо е към охлаждане. Отзад последните годиниСателитните измервания показват малка тенденция.

Промяната в албедото на Земята е потенциално мощно въздействиевърху климата. Когато албедото или отразяващата способност се увеличава, повече слънчева светлина се отразява обратно в космоса. Това има охлаждащ ефект върху глобалните температури. Напротив, намаляването на албедото затопля планетата. Промяна в албедото от само 1% дава радиационен ефект от 3,4 W/m2, сравним с ефекта от удвояване на CO2. Как албедото повлия на глобалните температури през последните десетилетия?

Тенденции на албедото до 2000 г

Албедото на Земята се определя от няколко фактора. Снегът и ледът отразяват добре светлината, така че когато се стопят, албедото намалява. Горите имат по-ниско албедо от откритите пространства, така че обезлесяването увеличава албедото (нека отбележим, че унищожаването на всички гори няма да спре глобално затопляне). Аерозолите имат пряк и косвен ефект върху албедото. Директният ефект е отразяването на слънчевата светлина в пространството. Косвен ефект е, че аерозолните частици действат като ядра от влага, което влияе върху образуването и живота на облаците. Облаците от своя страна влияят на глобалните температури по няколко начина. Те охлаждат климата, като отразяват слънчевата светлина, но могат да имат и затоплящ ефект, като улавят изходящото инфрачервено лъчение.

Всички тези фактори трябва да се вземат предвид, когато се обобщават различните радиационни въздействия, които определят климата. Промените в земеползването се изчисляват от исторически реконструкции на промените в състава на обработваемата земя и пасищата. Наблюденията от сателити и от земята позволяват да се определят тенденциите в аерозолните нива и албедото на облаците. Може да се види, че албедото на облака е най-силният фактор на различни видовеалбедо. Дългосрочната тенденция е към охлаждане, въздействието е -0,7 W/m2 от 1850 до 2000 г.

Фиг.1 Средногодишно общо радиационно въздействие(Глава 2 от AR4 на IPCC) .

Тенденции в албедото след 2000 г.

Един от начините за измерване на албедото на Земята е като се гледа пепелявата светлина на луната. Това е слънчева светлина, първо отразена от Земята и след това отразена от Луната обратно към Земята през нощта. Пепелявата светлина на Луната се измерва от слънчевата обсерватория Big Bear от ноември 1998 г. (редица измервания бяха направени и през 1994 г. и 1995 г.). Фигура 2 показва промените в албедото от реконструкция на сателитни данни (черна линия) и от измервания на пепелявата светлина на Луната (синя линия) (Пале 2004).

Фиг. 2 Промени в албедото, реконструирани от сателитни данни на ISCCP (черна линия) и от промени в пепелявата светлина на Луната (долна линия). Дясната вертикална скала показва отрицателно радиационно въздействие (т.е. охлаждане) (Palle 2004).

Данните на фигура 2 са проблематични. Черна линия, реконструкция на сателитни данни на ISCCP" е чисто статистически параметър и има малко физически смисъл, защото не отчита нелинейните връзки между свойствата на облака и повърхността и планетарното албедо и не включва аерозолни промени в албедото, като тези, свързани с планината Пинатубо или антропогенни сулфатни емисии“ (Реален климат).

Още по-проблематичен е пикът на албедото около 2003 г., видим в синята линия на пепелявата светлина на Луната. Това силно противоречи на сателитните данни, които показват малка тенденция в момента. За сравнение можем да си припомним изригването на Пинатубо през 1991 г., което изпълни атмосферата с аерозоли. Тези аерозоли отразяват слънчевата светлина, създавайки отрицателно радиационно въздействие от 2,5 W/m2. Това рязко намали глобалните температури. Данните за светлината от пепел тогава показаха въздействие от почти -6 W/m2, което трябваше да означава още по-голям спад на температурата. През 2003 г. не е имало подобни събития. (Wielicki 2007).

През 2008 г. е открита причината за несъответствието. Обсерваторията Big Bear инсталира нов телескоп за измерване на пепелявото осветяване на луната през 2004 г. С новите и подобрени данни те калибрираха отново старите си данни и преразгледаха оценките си за албедо (Palle 2008). Ориз. 3 показва стари (черна линия) и актуализирани (синя линия) стойности на албедото. Аномалният пик от 2003 г. изчезна. Тенденцията за увеличаване на албедото от 1999 до 2003 г. обаче се запазва.

Ориз. 3 Промени в албедото на Земята според измерванията на пепелявото сияние на Луната. Черна линия - промени в албедото според публикацията от 2004 г. (Palle 2004). Синя линия - актуализирани промени в албедото след подобрения в процедурите за анализ на данни, включително данни за по-дълъг период от време (Palle 2008).

Колко точно може да се определи албедото от пепелявата светлина на луната? Методът не е глобален по обхват. Той засяга приблизително една трета от Земята при всяко наблюдение, като някои области винаги остават „невидими“ от мястото на наблюдение. В допълнение, измерванията са редки и се правят в тесен диапазон на дължината на вълната от 0,4-0,7 µm (Bender 2006).

За разлика от това, сателитни данни като CERES, което е глобално измерване на късовълновата радиация на Земята, включва всички ефекти на повърхностните и атмосферните свойства. В сравнение с измерванията на пепелна светлина, те покриват по-широк диапазон (0,3-5,0 µm). Анализът на данните от CERES не показва дългосрочна тенденция в албедото от март 2000 г. до юни 2005 г. Сравнението с три независими набора от данни (MODIS, MISR и SeaWiFS) показва „забележително съгласие“ между всичките 4 резултата (Loeb 2007a).

Ориз. 4 Месечни промени в средните стойности на потока CERES SW TOA и фракцията на облака MODIS ().

Албедото повлия на глобалните температури - най-вече в посока на охлаждане в дългосрочната тенденция. По отношение на последните тенденции, данните за пепелната светлина показват увеличение на албедото от 1999 до 2003 г., с малка промяна след 2003 г. Сателитите показват малка промяна от 2000 г. Радиационното въздействие от промените в албедото е минимално през последните години.