Без регулярних, все більш масштабних і точних вимірювань зв'язок між викидами парникових газів людиною, їх концентрацією в атмосфері та глобальним потеплінням був би виявлений значно пізніше. Однак, зміцнюючи та розширюючи мережі вимірювань, ми не тільки краще розуміємо зміну клімату та його дедалі більше самоіндукуючих процесів, але й краще дотримуємося відповідних міжнародних конвенцій із країнами світу, оскільки ми отримуємо більш точне уявлення про що вони насправді виділяють і скільки. Наразі Угорщина не прагнула взяти участь у розширенні європейської мережі вимірювань, більше того, через чотири десятиліття не можна виключати повне скасування внутрішнього обліку, що може навіть негативно позначитися на Угорщині через торгівлю квотами. Аналіз Ласло Хашпра.

регулярні

Протягом короткого періоду історії Землі склад атмосфери та кількість парникових газів у ній контролюють клімат Землі. Якщо кількість парникових газів зміниться, то внаслідок змін розподілу енергії в системі Земля-атмосфера клімат також зміниться законно, до чого біосфера повинна адаптуватися. Якщо зміни будуть занадто швидкими, деякі екосистеми не зможуть встигати і руйнуватися. Кліматична чутливість людської цивілізації також дуже висока. В даний час ми живемо в епоху надзвичайно швидких кліматичних змін, навіть з точки зору геологічної історії, через атмосферне накопичення парникових газів.

Якщо ми хочемо стабілізувати клімат або, принаймні, пом'якшити зміни допустимими темпами, нам потрібно зрозуміти процеси, які регулюють кількість цих газів в атмосфері. Дорога веде до цього шляхом вимірювань. На основі вимірювань ми можемо помітити лише те, що щось відбувається в атмосфері, і ми можемо почати вивчати причини на основі вимірювань. Нам потрібні вимірювання, щоб підтвердити або відхилити наші теоретично обгрунтовані гіпотези, а також перевірити вплив наших втручань. Крім того, нам потрібні вимірювання, щоб забезпечити математичні моделі, що використовуються для опису процесів та перевірки їх роботи та результатів.

Зараз у професійних колах існує повна згода щодо того, що глобальні зміни клімату спричинені антропогенними парниковими газами. Очевидно, що для того, щоб зменшити темпи змін або, можливо, змінити зміни, нам потрібно зменшити або виключити викиди. Однак парниковий ефект атмосфери, а отже, і зміна клімату, залежить не безпосередньо від викидів, а від кількості матеріалу в атмосфері. Звичайно, це не означає, що нам не доводиться мати справу з викидами, оскільки ми можемо впливати на концентрацію атмосфери лише шляхом регулювання викидів. Однак стосунки не такі прості.

Наземна кліматична система складна і багатофакторна, повна взаємодій та зворотного зв'язку. Не існує простої лінійної залежності між викидами парникових газів і атмосферними викидами. Окрім викидів людей, нам також доводиться враховувати природні процеси (викиди, поглинання), які суттєво залежать від зміни клімату. Окрім складу атмосфери як активного пускового механізму, зворотній зв'язок також сприяє іншим факторам (наприклад, змінам ґрунтового покриву, крижаному покриву, опустелюванню тощо), які також впливають на склад атмосфери. Якщо ми хочемо знати, як змінюється наш клімат, нам потрібно виміряти, як змінюється кількість парникових газів в атмосфері, оскільки за цими вимірами ми можемо зробити висновок, які процеси впливають на їх кількість. Вимірювання в основному мають три цілі:

1. Виявлення змін у складі атмосфери

Вимірювання при вивченні наслідків ядерних вибухів в атмосфері показали в 1950-х роках у серйозній формі, що діоксид вуглецю внаслідок людської діяльності дійсно може накопичуватися в атмосфері, що призведе до глобальних змін клімату. Враховуючи ресурсні потреби вимірювань, для з’ясування ситуації було запропоновано дві стратегії вимірювання: вимірювати концентрацію вуглекислого газу в атмосфері в декількох точках Землі кожні кілька років і постійно вимірювати в одному або двох місцях. На щастя, останню обрали дослідники, тож лише через кілька років стало зрозуміло, що вуглекислий газ накопичується в атмосфері з побоюванням, а також що біосфера генерує значні коливання концентрації протягом року . Якби дослідники обирали випадкові вимірювання, через значні природні коливання, лише в 1980 році було б вирішено в неправильному випадку, чи концентрація вуглекислого газу в атмосфері демонструє статистично значущу позитивну динаміку (рис. 1), тобто не лише через випадкових коливань, здається, що концентрація зростає, але, швидше за все, вона насправді збільшується.

Безперервність вимірювань є ключовим питанням. Час від часу вимірювання можуть помітити зміни лише через тривалий час, і багато підпроцесів можуть залишатися прихованими.

Атмосферні вимірювання також виявили, що в повітрі залишається лише частка викидів людини. За чверть століття роботи, багато вимірювань та розробки моделей було з’ясовано, що на додаток до океану, наземна рослинність поглинає кількість матеріалу, що відсутній в атмосфері. За відсутності адекватних вимірювань у минулому, біосфера, здавалося, поглинає стільки діоксиду вуглецю через свій фотосинтез, скільки виділяє під час дихання, тобто вона є нейтральною до вуглецю, незважаючи на свою масову атмосферну циркуляцію. У той же час оборот вуглекислого газу в біосфері надзвичайно чутливий до змін клімату, на що він також впливає. Зі збільшенням концентрації вуглекислого газу рослинність поглинає все більше і більше вуглекислого газу завдяки фотосинтезу. Однак, залежно від виду рослин, цей процес вже не може інтенсифікуватися вище певного рівня.

З іншого боку, процес дихання є експоненціальною функцією температури, так що на відміну від нинішньої ситуації, при певній температурі біосфера може виділяти більше вуглекислого газу, ніж вона може поглинути. Картина ускладнюється ще й тим фактом, що здатність поглинання вуглецю в біосфері залежить не тільки від рівня вуглекислого газу в атмосфері, але й від умов опадів (також проблема клімату!) І поживних речовин (наприклад, сполук азоту).

Коли рівні вуглекислого газу стабілізуються або зменшуються, біосфера швидко врівноважується зі своїм середовищем, тому подальшого чистого поглинання вуглецю від неї не очікується. Хоча зараз у нас є математичні моделі для обороту парникових газів у біосфері, їх невизначеність все ще досить висока. У світовому масштабі вуглецевий слід біосфери все ще можна розрахувати як найбільш надійний член, що залишився відносно добре відомими викидами людини, добре вимірюваними викидами в атмосферу та прийнятною оцінкою поглинання вуглецю в океані. Дуже критичну поведінку біосфери з точки зору кліматичних змін можна відстежувати лише за допомогою вимірювань атмосфери.

2. Виявлення несподіваних змін

На додаток до діоксиду вуглецю, ще одним важливим парниковим газом, який також виділяється внаслідок діяльності людини, є метан (CH4). Метан виводиться з атмосфери хімічним процесом, реакцією з гідроксильними радикалами (ОН). До кінця багатоступеневого реакційного ланцюга вуглець у метані окислюється до вуглекислого газу:

Вплив викидів та хімічного поглинання на концентрацію, у разі нехтування незначними процесами, можна описати порівняно просто: у разі постійного викиду концентрація експоненціальна за часом до рівноважної концентрації, що визначається викидом. Швидке збільшення концентрації метану сповільнилося до середини 90-х років, а потім фактично припинилося. Все це свідчило про те, що викиди більше не збільшуються, а хімічне виснаження, яке залежить від концентрації, балансує з викидами на цьому рівні концентрації (рис. 2).

Однак з 2006 по 2007 рр. Концентрація знову почала зростати, і все більшими темпами. Ми не знаємо про будь-які зміни в людській діяльності, які могли б це виправдати. Якщо ми маємо вимірювання концентрації атмосфери, т. Зв за допомогою моделей зворотного поширення можна визначити ділянки джерела.

Хоча моделі розповсюдження атмосфери визначають просторовий і часовий розподіл концентрації на основі знання місця розташування та виходу джерел, так звані моделі зворотного розповсюдження виводять розташування та вихід джерел із поля концентрації та його просторові та часові зміни. Їх точність та просторова роздільна здатність значною мірою залежать від щільності та точності доступної вимірювальної мережі. На жаль, у світі все ще залишається замало місць вимірювання метану для моделей зворотного розповсюдження, щоб точно визначити джерело метану, який знову і знову викидається в атмосферу протягом останнього десятиліття.

Хоча збільшення концентрації, безумовно, частково пов'язане з розширенням сільськогосподарської діяльності та видобутком та використанням викопного палива, наявні дані свідчать про те, що половина-дві третини приросту більше не є прямим наслідком викидів людей, а, швидше за все, походять від природи і породжуються самими змінами клімату;.

Вимірювання дозволяють припустити, що основною територією джерела є не насамперед вічна мерзлота, на першому плані уваги, а ділянки африканських боліт, які ростуть через дощовішу погоду. Дуже допомогло б, якби крім вимірювання концентрації метану були доступні також вимірювання складу ізотопу, оскільки різні джерела метану виділяють в атмосферу метан з різним ізотопним складом. Пропорції 13 і 12 ізотопів вуглецю в молекулах метану, що утворюються в різних процесах, різні (13 СН4/12 СН4). Також характерними для джерела є пропорції важкого водню, водню (дейтерію) 2 по масі щодо "нормального" водню масою 1 серед атомів водню в метані.

На жаль, безперервне вимірювання ізотопів в даний час відбувається ледве в одному чи двох місцях. Вимірювання, розширення вимірювальної мережі були б надзвичайно важливими, оскільки якщо виявиться, що збільшення концентрації метану вже значною мірою спричинено самою природою, це означало б, що регулювання клімату частково вже вислизнуло з наших рук, і нам слід планувати наші наступні кроки з урахуванням цього.

3. Довіряйте, але перевіряйте!

Існує ще менше вимірювальних пунктів та вимірювань для озоноруйнівних та парникових галогенованих вуглеводнів, ніж для метану. Однак ці вимірювання нещодавно звернули увагу на той факт, що концентрація фтортрихлорметану (CFC-11) в атмосфері не знижується так швидко, як можна було б очікувати від повної заборони на виробництво та використання. Більш повільний темп скорочення, ніж теоретично розраховане зниження концентрації від загальної заборони, попередив нас, що, незважаючи на заборону, цей небезпечний газ все ще викидається в атмосферу з якогось джерела. Через малу кількість вимірювальних точок вдалося лише значною мірою визначити площу джерела, але це було з’ясовано цілеспрямованою вимірювальною кампанією та звернено увагу компетентних органів для вжиття необхідних заходів. За відсутності вимірювань, навряд чи в осяжному майбутньому вийшло б, що хтось проігнорує заходи, вжиті для захисту озонового шару. Ми б це побачили лише через деякий час - знову ж таки лише за результатами вимірювань (озон, ультрафіолетове випромінювання)! - що озоновий шар не відновлюється з такою швидкістю, як ми очікували.

Вимірювання атмосфери та моделі зворотного розповсюдження можуть бути використані для об’єктивного визначення кількості виділеного матеріалу та місця викиду. Сьогодні офіційне визначення викидів парникових газів базується на статистичних даних, які можуть бути досить неточними через використовувані коефіцієнти викидів, які не обов'язково точно відповідають, особливо для парникових газів, що не мають CO2. Чим щільнішими є дані вимірювальної мережі, тим точнішими є вимірювання концентрації атмосфери та значення викидів, визначені за допомогою моделей зворотного транспорту, у Європейській Європі розпочато будівництво мережі вимірювань із високою щільністю, ICOS - Інтегрована система спостереження за вуглецем Союзу в останні роки.

Однією з головних цілей цієї стандартизованої, точно гармонізованої мережі вимірювань є визначення значення фактичних викидів через кілька років та перевірка статистичних розрахунків (Зелений звіт Європейської Комісії щодо CO2).

Буде оцінено відповідність міжнародним конвенціям та ефективність вжитих заходів.

Ніхто не припускає, що будь-яка європейська країна буде косметизувати свої дані щодо викидів, але, з одного боку, контроль ніколи не зашкодить, а з іншого боку, значення викидів, оцінені на основі статистичних даних, можуть відрізнятися від фактичних. Так далеко здавалося, Угорщина не прагне брати участь у роботі цієї європейської вимірювальної мережі, майбутнє вітчизняних вимірювань непевне, але це не заважає робити контрольні розрахунки і для Угорщини. Однак проблема з дорогими наслідками через торгівлю квотами може полягати в тому, що потенційні несприятливі неточності в моделях не можуть бути виправлені за відсутності місцевих акредитованих ICOS вимірювань.

Підводячи підсумок, нам потрібно проводити вимірювання, щоб краще зрозуміти процеси, що відбуваються в атмосфері, оскільки прогнози зміни клімату базуються на їх знанні, які, в свою чергу, складають основу стратегій втручання та програм підготовки та адаптації. Постійні вимірювання можуть попередити вас про несподівані, потенційно небезпечні зміни, які не є результатом наших сучасних знань, що в даний час ілюструється загадковим стрибком концентрації метану. Кліматична система є надзвичайно складною та складною, мабуть, з кількома точками («переломними точками»), коли поведінка певних процесів різко змінюється. Ми все ще знаємо про них на сьогоднішній день, тому надзвичайно важливо контролювати зміни в атмосфері за допомогою вимірювань.

З міркувань екологічної політики особливо важливо мати можливість визначати фактичні викиди парникових газів, вимірювати ефективність заходів та контролювати дотримання конвенцій за допомогою вимірювань атмосфери. В даній галузі техніки часто цитують, що прагнення зменшити викиди без вимірювань атмосфери - це те саме, що намагатися схуднути без балансу. Можливо, дієта, яка в принципі видається ефективною, насправді не відповідає дійсності, і це стане очевидним лише протягом тривалого часу без балансу. Заходи із захисту клімату коштують багато і тому можуть суттєво вплинути на наше повсякденне життя ми не можемо дозволити собі використовувати менш ефективні рішення, ніж це можливо, за відсутності вимірювань.

Схвильований посиленням парникового ефекту атмосфери Зміна клімату є глобальною проблемою, яка вимагає якомога щільнішої, скоординованої на глобальному рівні вимірювальної мережі (мереж). Цю координацію здійснює Всесвітня метеорологічна організація (ВМО) в рамках Програми глобального спостереження за атмосферою (ВМО GAW). За даними Всесвітньої метеорологічної організації, склад атмосфери та кількість парникових газів мають ті самі суттєві кліматичні змінні (ECV), що і поверхневий тиск повітря або швидкість вітру, тому вимірювання очікується від держав-членів.

Написав і власник знімків: Ласло Хашпра - метеоролог, авіахімік, лікар Угорської академії наук. Співробітник Інституту геодезії та геофізики Науково-дослідного центру астрономічних наук і наук про Землю.