Том 38, номер 07, статья № 6

Аннотация:

В настоящей работе с помощью модели SCIATRAN и расчетов потоков солнечного излучения в спектральной области 1–4 мкм анализируется молекулярное поглощение солнечного излучения основными антропогенными парниковыми газами CO₂ и СН₄ в атмосфере в прошлом, настоящем и будущем. Расчеты проводились для трех широтных зон (тропики, средние широты и субарктика) и двух сезонов – зима и лето. Согласно расчетам максимальное молекулярное поглощение солнечного излучения в области 1–4 мкм парниковыми газами приходится на тропики и достигает 153–168 Вт/м² в течение всего года. В 1750–2100 гг. молекулярное поглощение солнечного излучения газами CO₂ и СН₄ увеличивается, его изменение может составить 0,8–1,2 Вт/м². Прогнозируемое увеличение молекулярного поглощения солнечного излучения к концу XXI в. близко к современным оценкам изменения радиационного баланса Земли, которые составляют 0,5–1,0 Вт/м². Среднее глобальное увеличение молекулярного поглощения уходящего теплового излучения Земли больше, чем увеличение молекулярного поглощения солнечного излучения примерно в три–четыре раза. Изменения поглощения солнечного и уходящего излучения Земли с ростом содержания парниковых газов увеличивают имбаланс энергии и приводят к изменению средней температуры планеты. Результаты исследования вносят вклад в изучение возможного влияния молекулярного поглощения приходящего солнечного излучения на будущее изменение радиационного баланса Земли.

Ключевые слова:

радиационный баланс Земли, молекулярное поглощение, солнечное излучение, парниковые газы, CO2 и СН4, SCIATRAN

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II, and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / H. Lee, J. Romero (eds.). IPCC, Geneva, 2023. P. 35–115. DOI: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.
2. Summary for policymakers // Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II, and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / H. Lee, J. Romero (eds.). IPCC, Geneva, 2023. P. 1–34. DOI: 10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.001.
3. Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме / под ред. А.А. Киселева, Е.Л. Махоткина, Т.В. Павлова: СПб.: Наукоемкие технологии, 2022. 124 с.
4. Атлас теплового баланса Земного шара / под ред. M.И. Будыко. M.: Межведомственный геофизический комитет, 1963. 5 с.
5. Hansen J., Nazarenko L., Ruedy R., Sato M., Willis J., Del Genio A., Koch D., Lacis A., Lo K., Menon S., Novakov T., Perlwitz J., Russell G., Schmidt G.A., Tausnev N. Earth’s energy imbalance: Confirmation and implications // Science. 2005. V. 308. P. 1431–1435. DOI: 10.1126/science.1110252.
6. Smith G.L., Priestley K.J., Loeb N., Wielicki B., Charlock T.P., Minnis P., Doelling D.R., Rutan D.A. Clouds and Earth Radiant Energy System (CERES), a review: Past, present and future // Adv. Space Res. 2011. V. 48, iss. 2. P. 254–263.
7. Cheng L., Trenberth K.E., Fasullo J., Boyer T., Abraham J., Zhu J. Improved estimates of ocean heat content from 1960 to 2015 // Sci. Adv. 2017. V. 3. DOI: 10.1126/sciadv.1601545.
8. von Schuckmann K., Minière A., Gues F., Cuesta-Valero F.J., Kirchengast G., Adusumilli S., Straneo F., Ablain M., Allan R.P., Barker P.M., Beltrami H., Blazquez A., Boyer T., Cheng L., Church J., Desbruyeres D., Dolman H., Domingue C.M., García-García A., Giglio D., Gilson J.E., Gorfer M., Haimberger L., Hakuba M.Z., Hendricks S., Hosoda S., Johnson G.C., Killick R., King B., Kolodziejczyk N., Korosov A., Krinner G., Kuusela M., Landerer F.W., Langer M., Lavergne T., Lawrence I., Li Y., Lyman J., Marti F., Marzeion B., Mayer M., MacDougall A.H., McDougall T., Monselesan D.P., Nitzbon J., Otosaka I., Peng J., Purkey S., Roemmich D., Sato K., Sato K., Savita A., Schweiger A., Shepherd A., Seneviratne S.I., Simons L., Slater D.A., Slater T., Steiner A.K., Suga T., Szekely T., Thiery W., Timmermans M.-L., Vanderkelen I., Wjiffels S.E., Wu T., Zemp M. Heat stored in the Earth system 1960–2020: Where does the energy go? // Earth Syst. Sci. Data. 2023. V. 15. P. 1675–1709. DOI: 10.5194/essd-15-1675-2023.
9. Loeb N.G., Johnson G.C., Thorsen T.J., Lyman J.M., Rose F.G., Kato S. Satellite and ocean data reveal marked increase in Earth’s heating rate // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. DOI: 10.1029/2021GL093047.
10. Hakuba M.Z., Frederikse T., Landerer F.W. Earth’s energy imbalance from the ocean perspective (2005–2019) // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 48. DOI: 10.1029/2021GL093624.
11. Raghuraman S.P., Paynter D., Ramaswamy V. Anthropogenic forcing and response yield observed positive trend in Earth’s energy imbalance // Nat. Commun. 2021. V. 12. DOI: 10.1038/s41467-021-24544-4.
12. Loeb N.G., Ham S.-H., Allan R.P., Thorsen T.J., Meyssignac B., Kato S., Johnson G.C., Lyman J.M. Observational assessment of changes in Earth’s energy imbalance since 2000 // Surv. Geophys. 2024. V. 45, N 6. P. 1757–1783. DOI: 10.1007/s10712-024-09838-8.
13. Forster P., Storelvmo T., Armour K., Collins W., Dufresne J.-L., Frame D., Lunt D.J., Mauritsen T., Palmer M.D., Watanabe M., Wild M., Zhang H. The Earth’s energy budget, climate feedbacks, and climate sensitivity // Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2021. P. 923–1054. DOI: 10.1017/ 9781009157896.009.
14. Jacob D.J., Turner A.J., Maasakkers J.D., Sheng J., Sun K., Liu X., Chance K., Aben I., McKeever J., Frankenberg C. Satellite observations of atmospheric methane and their value for quantifying methane emissions // Chem. Phys. 2016. V. 16. P. 14371–14396. DOI: 10.5194/acp-16-14371-2016.
15. Rozanov V.V., Rozanov A.V., Kokhanovsky A.A., Burrows J.P. Radiative transfer through terrestrial atmosphere and ocean: Software package SCIATRAN // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2014. V. 133. P. 13–71. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2013.07.004.
16. Fontenla J., White O.R., Fox P.A., Avertt E.H., Kurucz R.L. Calculation of solar irradiances. I. Synthesis of the solar spectrum // Astrophys. J. 1999. V. 518. P. 480–500. DOI: 10.1086/307258.
17. Anderson G.P., Clough S.A., Kneizys F.X., Chet-wynd J.H., Shettle E.P. AFGL atmospheric constituent profiles (0–120 km) // Environ. Res. Papers. 1986. V. 954. P. 43.
18. Strassmann K.M., Plattner G.K., Joos F. CO₂ and non-CO₂ radiative forcings in climate projections for twenty-first century mitigation scenarios // Clim Dyn. 2009. V. 33. P. 737–749. DOI: 10.1007/s00382-008-0505-4.
19. Тимофеев Ю.М., Виролайнен Я.А., Поляков А.В. Оценки вариаций радиационного форсинга для углекислого газа в последнее столетие и в будущем // Оптика атмосф. и океана. 2019. Т. 32, № 10. С. 856–859. DOI: 10.15372/AOO20191009; Timofeev Yu.M., Virolainen Ya.A., Polyakov A.V. Estimates of variations in CO₂ radiative forcing in the last century and in the future // Atmos. Ocean. Opt. 2020. V. 33, N 2. P. 206–209.
20. Акишина С.В., Михайлова А.С., Тимофеев Ю.М., Филиппов Н.Н. Оценки вариаций радиационного воздействия метана в прошлом и будущем // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 10. С. 818–821. DOI: 10.15372/AOO20231005; Akishina S.V., Mikhailova A.S., Timofeyev Yu.M., Filippov N.N. Estimates of variations in radiative forcing of methane in the past and in the future // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N S1. P. S74–S77.
21. Wallace J.M., Hobbs P.V. Atmospheric Science: An Introductory Survey. New York: Academic Press, 1977. 467 p.