Том 39, номер 08, статья № 7

Аннотация:

Рост концентрации парниковых газов, таких как СО₂ и СН₄, в атмосфере приводит к увеличению парникового эффекта и влияет на климат. Одной из характеристик парникового эффекта является радиационный форсинг атмосферных газов, который определяют как разность потоков длинноволнового излучения в атмосфере при изменении концентраций этих газов, при условии, что все остальные параметры атмосферы постоянны. С 1990 по 2023 г. радиационный форсинг парниковых газов, вызванный увеличением их концентрации с доиндустриального периода (1750 г.), возрос более чем на 50%. Представлены результаты влияния вариаций содержания водяного пара в атмосфере на радиационный форсинг СО₂ и СН₄, характерных для условий лета и зимы юга Западной Сибири. Проведены расчеты длинноволновых потоков ИК-излучения на основе данных аэрологического зондирования атмосферы на метеостанции г. Новосибирска за 10 лет. Показано, что максимальный радиационный форсинг СО₂ по абсолютной величине наблюдался на верхней границе тропосферы. Летом он примерно на 50% выше, чем зимой. Радиационное воздействие СН₄ на этом уровне по высоте составило ~ 12% от форсинга CO₂. Знак форсинга отрицательный, что указывает на нагрев тропосферы. На верхней и нижней границах атмосферы радиационный форсинг СО₂ и СН₄ снижается при увеличении атмосферного содержания водяного пара, что вызвано перекрыванием полос поглощения и континуума Н₂О с полосами поглощения СО₂ и СН₄. Вклад континуального поглощения Н₂О в радиационный форсинг СО₂ на нижней границе атмосферы возрастает с 30 до 70% при увеличении общего содержания Н₂О в столбе атмосферы с 1 до 4 г/см². Для зимних условий с низким содержанием водяного пара средний радиационный форсинг СО₂ на нижней границе атмосферы увеличился более чем в 1,5 раза по сравнению с летними условиями, что приводит к дополнительному нагреву поверхности. Результаты работы могут представлять интерес для специалистов в области метеорологии и экологии.

Ключевые слова:

углекислый газ, метан, водяной пар, атмосферный радиационный форсинг, потоки ИК-излучения

Список литературы:

1. Второй оценочный доклад Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации: Общее резюме. М.: Росгидромет, 2014. 58 с.
2. IPCC, 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change / V. Masson-Delmotte, P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, B. Zhou (eds.). Cambridge: Cambridge University Press, 2021. DOI: 10.1017/9781009157896.
3. Copernicus Climate Change Service. URL: https://climate.copernicus.eu/ (last access: 28.11.2025).
4. Global Temperature Report for 2024. URL: https://www.BerkeleyEarth.org (last access: 00.00.2026).
5. Rantanen M., Karpechko A.Y., Lipponen A., Nordling K., Hyvarinen O., Ruosteenoja K., Vihma T., Laaksonen A. The Arctic has warmed nearly four times faster than the globe since 1979 // Commun. Earth Environ. 2022. V. 3. P. 168. DOI: 10.1038/s43247-022-00498-3.
6. Roemer F.E., Buehler S.A., Kluft L., Pincus R. Effect of uncertainty in water vapor continuum absorption on CO₂ forcing, longwave feedback, and climate sensitivity// J. Adv. Model. Earth Syst. 2024. V. 16. P. e2023MS004157. DOI: 10.1029/2023MS004157.
7. Jeevanjee N., Seeley J.T., Paynter D., Fueglistaler S. An Analytical Model for Spatially Varying Clear-Sky CO₂ Forcing //J. Clim. 2021. V. 34. P. 9463–9479. DOI: 10.1175/JCLI-D-19-0756.1.
8. World Meteorological Organization (WMO). WMO Greenhouse Gas Bulletin. 2024. N 20. URL: https://wmo.int/publication-series/wmo-greenhouse-gas-bulletin- no-20.
9. Акишина С.В., Михайлова А.С., Тимофеев Ю.М., Филиппов Н.Н. Оценки вариаций радиационного воздействия метана в прошлом и в 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.
10. Отчет Межправительственной группы экспертов по изменениям климата. URL: http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/syr/ar4_syr_ru.pdf (last access: 19.12.2025).
11. Shoemaker J.K., Schrag D.P. The danger of overvaluing methane’s influence on future climate change // Climatic Change. 2013. V. 120. P. 903–914. DOI: 10.1007/s10584-013-0861-x.
12. Feng J., Paynter D., Raymond M., Ryan K.R. A Strong constraint on radiative forcing of well-mixed greenhouse gases: preprint. 2025. DOI: 10.21203/rs.3.rs-7247389/v1.
13. Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю., Размолов А.А. Влияние континуального поглощения паров воды на радиационный форсинг углекислого газа в атмосфере для региона Нижнего Поволжья // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 12. С. 1029–1035. DOI: 10.15372/AOO20221210; Firsov K.M., Chesnokova T.Yu., Razmolov A.A. Impact of water vapor continuum absorption on CO₂ radiative forcing in the atmosphere in the lower Volga Region // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N 2. P. 162–168. DOI: 10.1134/S1024856023030053.
14. Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю., Размолов А.А. Влияние вариаций общего содержания паров воды на радиационный форсинг углекислого газа и метана в тропосфере и стратосфере // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 7. С. 594–601. DOI: 10.15372/AOO20240708; Firsov K.M., Chesnokova T.Yu., Razmolov A.A. The atmospheric water vapor content effect on carbon dioxide and methane radiative forcing in the troposphere and stratosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 6. P. 689–697.
15. Макарьева А.М., Горшков В.Г. Парниковый эффект и проблема устойчивости среднеглобальной температуры земной поверхности // Докл. РАН. 2001. Т. 376, № 6. С. 810–814.
16. Фирсов К.М., Чеснокова Т.Ю., Бобров Е.В. Роль континуального поглощения паров воды в длинноволновых радиационных процессах приземного слоя атмосферы в регионе Нижнего Поволжья // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 8. С. 665–672.
17. Lacis A.A., Oinas V. A description of the k-distribution methods for modelling nongray gaseous absorption, thermal emission, and multiple scattering in vertically inhomogeneous atmospheres // J. Geophys. Res. 1991. V. 96, N D5. P. 9027–9063.
18. Gordon I.E., Rothman L.S., Hargreaves R.J., Hashemi R., Karlovets E.V., Skinner F.M., Conway E.K., Hill C., Kochanov R.V., Tan Y., Wcisło P., Finenko A.A., Nelson K., Bernath P.F., Birk M., Boudon V., Campargue A., Chance K.V., Coustenis A., Drouin B.J., Flaud J.-M., Gamache R.R., Hodges J.T., Jacque­mart D., Mlawer E.J., Nikitin A.V., Perevalov V.I., Rotger M., Tennyson J., Toon G.C., Tran H., Tyute­rev V.G., Adkins E.M., Baker A., Barbe A., Canè E., Császár A.G., Dudaryonok A., Egorov O., Fleisher A.J., Fleurbaey H., Foltynowicz A., Furtenbacher T., Harrison J.J., Hartmann J.-M., Horneman V.-M., Huang X., Karman T., Karns J., Kassi S., Kleiner I., Kofman V., Kwabia-Tchana F., Lavrentieva N.N., Lee T.J., Long D.A., Lukashevskaya A.A., Lyulin O.M., Makhnev V.Yu., Matt W., Massie S.T., Melosso M., Mikhailenko S.N., Mondelain D., Müller H.S.P., Naumenko O.V., Perrin A., Polyansky O.L., Raddaoui E., Raston P.L., Reed Z.D., Rey M., Richard C., Tóbiás R., Sadiek I., Schwenke D.W., Starikova E., Sung K., Tamassia F., Tashkun S.A., Vander Auwera J., Vasilenko I.A., Vigasin A.A., Villanueva G.L., Vispoel B., Wagner G., Yachmenev A., Yurchenko S.N. The HITRAN2020 molecular spectroscopic database // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2022. V. 277, N 10794. P. 1–82. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2021.107949.
19. Baranov Yu.I., Lafferty W.J. The water vapour self- and water-nitrogen continuum absorption in the 1000 and 2500 cm^-1 atmospheric windows // Phil. Trans. R. Soc. A. 2012. V. 370. P. 2578–2589. DOI: 10.1098/rsta.2011.0234.
20. Baranov Yu.I., Lafferty W.J., Ma Q., Tipping R.H. Water-vapor continuum absorption in the 800–1250 cm^-1 spectral region at temperatures from 311 to 363 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2008. V. 109, N 12–13. P. 2291–2302.DOI: 10.1016/j.jqsrt.2008.03.004.
21. Baranov Yu., Lafferty W.J. The water-vapor continuum and selective absorption in the 3–5 mm spectral region at temperatures from 311 to 363 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2011. V. 112. P. 1304–1313. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2011.01.024.
22. Mlawer E.J., Payne V.H., Moncet J.-L., Delamere J.S., Alvarado M.J., Tobin D.C. Development and recent evaluation of the MT_CKD model of continuum absorption// Phil. Trans. R. Soc. A. 2012. V. 370. P. 2520–2556. DOI: 10.1098/rsta.2011.0295.
23. Скляднева Т.К., Ломакина Н.Я., Бедарева Т.В. Пространственно-временное распределение общего содержания водяного пара и озона в континентальных районах Сибири и переходной зоне «материк–океан» Дальнего Востока // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 12. С. 1077–1083; Sklyadneva T.K., Lomakina N.Ya., Bedareva T.V. Spatiotemporal distributions of total water vapor and total ozone in continental regions of Siberia and in the Far East “continent – ocean” transition zone // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 3. P. 214–221.
24. Hersbach H., Bell B., Berrisford P., Hirahara S., Horányi A., Muñoz-Sabater J., Nicolas J., Peubey C., Radu R., Schepers D., Simmons A., Soci C., Abdalla S., Abellan X., Balsamo G., Bechtold P., Biavati G., Bidlot J., Bonavita M., De Chiara G., Dahlgren P., Dee D., Diamantakis M., Dragani R., Flemming J., Forbes R., Fuentes M., Geer A., Haimberger L., Healy S., Hogan R.J., Hólm E., Janisková M., Keeley S., Laloyaux P., Lopez Ph., Lupu C., Radnoti G., de Rosnay P., Rozum I., Vamborg F., Villaume S., Thépaut J.-N. The ERA5 global reanalysis // Q. J. R. Meteorol Soc. 2020. V. 146. P. 1999–2049. DOI: 10.1002/qj.3803.
25. Hu Yang, Ka Kit Tung. Water vapor, surface temperature, and the greenhouse effect – a statistical analysis of tropical-mean data // J. Clim. 1997. V. 11. P. 2686–2997.
26. Anderson G.P., Clough S.A., Kneizys F.X., Chetwynd J.H., Shettle E.P. AFGL Atmospheric Constituent Profiles (0–120 km). AFGL-TR-86-0110. Hanscom AFB: MA 01736. 1986. 25 р.
27. Laevastu T. Cloud factor in long-wave radiation formulas // J. Geophys. Res. 1967. V. 72, N 16. P. 4277–4277. DOI: 10.1029/JZ072i016p04277.
28. Database of the International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP). URL: https://isccp.giss.nasa.gov/ (last access: 17.11.2025).
29. Mendoza V., Pazos M., Garduño R., Mendoza B. Thermodynamics of climate change between cloud cover, atmospheric temperature and humidity // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 2124. DOI: 10.1038/s41598-021-00555-5.
30. Myhre G., Shindell D., Bréon F.-M., Collins W., Fuglestvedt J., Huang J., Koch D., Lamarque J.-F., Lee D., Mendoza B., Nakajima T., Robock A., Stephens G., Takemura T., Zhang H. Anthropogenic and Natural Radiative Forcing // Climate Change: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge: Cambridge University Press, 2013. URL: https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_Chapter08_FINAL.pdf (last access: 14.11.2025).
31. Зуев В.Е., Комаров В.С. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 263 c.