Ученые разработали специализированный алгоритм для Земной системной модели, которая изменяет сумму и местоположение geoengineering – в этом случае, инъекции двуокиси серы высоко в атмосферу – который был бы в теории быть необходимым, год к году, к эффективно нагреванию кепки. Они предостерегают, однако, что больше исследования необходимо, чтобы определить, был ли бы этот подход практичен, или даже возможен в реальном мире.
Результаты от нового исследования, во главе с учеными из Национального Центра Атмосферного Исследования (NCAR), Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), и Корнелльского университета, представляют значительный шаг вперед в области geoengineering. Однако, есть много вопросов, на которые нужно ответить об инъекциях двуокиси серы, включая то, как этот тип разработки мог бы изменить региональные образцы осадков и степень, до которой такие инъекции повредят озоновый слой.
Возможность глобального geoengineering усилия бороться с потеплением также поднимает серьезное управление и этические проблемы.«Это – главный этап и предлагает обещание того, что могло бы быть возможным в будущем», сказали ученый NCAR Иага Рихтер, один из ведущих авторов. «Но это – только начало; есть намного больше исследования, которое должно быть проведено».Прошлые исследования моделирования, как правило, стремились ответить на вопрос, «Что происходит, если мы делаем geoengineering?» Результаты тех исследований описали результаты – и положительный и отрицательный – впрыскивания предопределенной суммы сульфатов в атмосферу, часто прямо в экваторе Земли.
Но они не попытались определить результат, которого они надеялись достигнуть в начале.В ряде новых исследований исследователи изменили к лучшему вопрос, вместо этого спросив, «Как мог бы geoengineering использоваться, чтобы достигнуть определенных целей климата?»«Мы действительно переместили вопрос, и делая так, нашли, что можем лучше понять то, чего geoengineering может быть в состоянии достигнуть», сказал Рихтер.Результаты исследования детализированы в серии работ, опубликованных в специальном выпуске Журнала Геофизического Исследования – Атмосферы.ИМИТАЦИЯ ВУЛКАНУ
В теории geoengineering – крупномасштабные вмешательства, разработанные, чтобы изменить климат – мог принять много форм от запуска орбитальных солнечных зеркал к оплодотворению голодных углерода океанских морских водорослей. Для этого исследования команда изучила один очень обсужденный подход: впрыскивание двуокиси серы в верхнюю атмосферу, выше слоя облака.Идея бороться с глобальным потеплением с этими инъекциями вдохновлена самыми крупными извержениями вулканов истории.
Когда вулканы извергаются, они отправляют двуокись серы высоко в атмосферу, где это химически преобразовано в частицы сульфата рассеяния света, названные аэрозолями. Эти сульфаты, которые могут задержаться в атмосфере на несколько лет, распространены вокруг Земли стратосферическими ветрами, формируя рефлексивный слой, который охлаждает планету.Чтобы подражать этим эффектам, двуокись серы могла быть введена непосредственно в стратосферу, возможно с помощью честолюбивого самолета.
Но в то время как инъекции противостояли бы глобальному потеплению, они не решат все проблемы, связанные с изменением климата, и у них, вероятно, были бы свои собственные отрицательные побочные эффекты.Например, инъекции не возместили бы подкисление океана, которое связано непосредственно с выделениями углекислого газа. Geoengineering также мог привести к значительным разрушениям в образцах ливня, а также задержкам исцеления озоновой дыры. Кроме того, как только geoengineering начался, если бы общество хотело избежать быстрого и решительного увеличения температуры, инъекции должны были бы продолжиться, пока усилия по смягчению не были достаточны к кепке, нагревающейся самостоятельно.
Также, вероятно, были бы значительные международные проблемы управления, которые должны будут быть преодолены, прежде чем geoengineering программа могла быть осуществлена.«Для лиц, принимающих решения, чтобы точно взвесить за и против geoengineering против тех из вызванного человеком изменения климата, им нужно больше информации», сказал ученый PNNL Бен Кравиц, также ведущий автор исследований. «Наша цель состоит в том, чтобы лучше понять то, что geoengineering может сделать – и что это не может».МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ХИМИИ
Для новых исследований ученые использовали основанную на NCAR Земную Системную Модель Сообщества с ее расширенным атмосферным компонентом, Целую Модель Климата Сообщества Атмосферы. WACCM включает подробную химию и физику верхней атмосферы и был недавно обновлен, чтобы моделировать стратосферическую эволюцию аэрозоля от исходных газов, включая geoengineering.«Было очень важно для этого исследования, что наша модель была в состоянии точно захватить химию в атмосфере, таким образом, мы могли понять, как быстро двуокись серы будет преобразована в аэрозоли и сколько времени те аэрозоли слонялись бы поблизости», сказал ученый NCAR Майкл Миллз, также ведущий автор. «Модели наиболее мирового климата не включают эту интерактивную атмосферную химию».
Ученые также значительно улучшились, как модель моделирует тропические стратосферические ветры, которые изменяют направление каждые несколько лет. Точно представление этих ветров очень важно для понимания, как аэрозоли унесены вокруг планеты.Ученые успешно проверили свою модель, видя, как хорошо она могла моделировать крупное извержение 1991 года горы Пинатубо, включая сумму и темп формирования аэрозоля, а также как те аэрозоли транспортировались во всем мире и сколько времени они остались в атмосфере.Тогда ученые начали исследовать воздействия впрыскивания двуокиси серы в различных широтах и высотах.
От прошлых исследований ученые знали, что сульфаты ввели только на экватор Землю влияния неравномерно: переохлаждение тропики и под охлаждением полюса. Это особенно проблематично, так как изменение климата нагревает Арктику по более быстрому уровню.
Изменение климата также заставляет северное полушарие нагреваться более быстро, чем южное полушарие.Исследователи использовали модель, чтобы изучить 14 возможных мест инъекции в семи различных широтах и двух различных высотах – что-то никогда, прежде чем попробовано в geoengineering исследовании.
Они нашли, что могли распространить охлаждение более равномерно по всему миру, выбрав места инъекции по обе стороны от экватора.ДОСТИЖЕНИЕ МНОГОКРАТНЫХ ЦЕЛЕЙИсследователи тогда соединили всю свою работу в единственное образцовое моделирование с определенными целями: ограничить среднее глобальное потепление уровнями 2020 года через конец века и минимизировать различие в охлаждении между экватором и полюсами, а также между северными и южными полушариями.Они дали модели четыре выбора мест инъекции – в 15 градусах и 30 градусах на север и Юге в широте – и затем осуществили алгоритм, который определяет, в течение каждого года, лучших мест инъекции и количества двуокиси серы, необходимой на тех местах.
Способность модели повторно сформулировать сумму geoengineering, необходимого каждый год, на основе условий того года, также позволила моделированию отвечать на естественные колебания климата.Модель успешно держала поверхностные температуры около уровней 2020 года на фоне увеличивающихся выбросов парниковых газов, которые будут согласовываться со сценарием обычного бизнеса. Способность алгоритма выбрать места инъекции охладила Землю более равномерно, чем в предыдущих исследованиях, потому что это могло ввести больше двуокиси серы в регионах, которые нагревались слишком быстро и меньше в областях, которые сверхохладились.
Однако к концу века, количество двуокиси серы, которая должна была бы быть введена каждый год, чтобы возместить вызванное человеком глобальное потепление, будет огромно: почти пять раз сумма извергла в воздух горой Пинатубо 15 июня 1991.ЩЕЛКАНИЕ ВОПРОСОМ ОБ ИССЛЕДОВАНИИ«Результаты демонстрируют, что возможно щелкнуть вопросом об исследовании, это вело исследования geoengineering и не только исследует, какой geoengineering делает, но и рассматривает его как проблему проектирования», сказал Дуг Макмартин, ученый из Корнелла и Калифорнийского технологического института. «Когда мы видим его в этом свете, мы можем тогда начать разрабатывать стратегию для того, как достигнуть целей общества».В текущей серии исследований, регулируя план geoengineering только один раз в год позволил исследователям держать среднюю глобальную температуру к уровням 2020 года в данном году, но региональные температуры – а также сезонные изменения температуры – были иногда более прохладными или более горячими, чем желаемый. Таким образом, следующие шаги могли включать исследование возможности внесения более частых корректировок по различному выбору местоположений инъекции.
Ученые уже работают над новым исследованием, чтобы помочь им понять, что возможные воздействия geoengineering могли бы иметь на региональных явлениях, таких как азиатские муссоны.«Мы – все еще длинный путь от понимания всех взаимодействий в климатической системе, которая могла быть вызвана geoengineering, что означает, что мы еще не понимаем полный спектр возможных побочных эффектов», сказала ученый NCAR Симон Тильм, ведущий автор. «Но изменение климата также представляет угрозы. Продолжение исследования geoengineering очень важно, чтобы оценить преимущества и побочные эффекты и сообщить лицам, принимающим решения, и обществу».
Исследование финансировалось Управлением перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ и Национальным научным фондом, спонсором NCAR.