Изменение климата: понимание моделирования воздействия и его глобальное значение

Изменение климата — одна из самых актуальных глобальных проблем нашего времени. Чтобы эффективно решить эту сложную проблему, ученые и политики в значительной степени полагаются на моделирование воздействия изменения климата. Этот пост в блоге углубляется в мир моделирования воздействия изменения климата, исследуя его методологии, глобальные приложения, ограничения и его решающую роль в формировании стратегий смягчения последствий и адаптации по всему миру.

Что такое моделирование воздействия изменения климата?

Моделирование воздействия изменения климата — это процесс моделирования последствий изменения климата для различных природных и человеческих систем. Он использует компьютерные модели для прогнозирования будущих климатических сценариев и оценки их потенциального воздействия на такие сектора, как сельское хозяйство, водные ресурсы, экосистемы, здоровье человека и инфраструктура. Эти модели объединяют климатические данные со специфичной для сектора информацией, чтобы предоставить информацию о рисках и уязвимостях, связанных с изменением климата.

По своей сути моделирование воздействия направлено на ответ на вопрос: «Каковы вероятные последствия изменения климата и как мы можем наилучшим образом подготовиться к ним и реагировать на них?»

Методология моделирования воздействия изменения климата

Моделирование воздействия изменения климата обычно включает в себя многоступенчатый процесс:

1. Климатическое моделирование (модели общей циркуляции — GCM)

Основой моделирования воздействия являются модели общей циркуляции (GCM), также известные как модели системы Земли (ESM). Эти сложные компьютерные программы моделируют климатическую систему Земли, включая атмосферу, океаны, поверхность суши и лед. GCM используют математические уравнения для представления физических процессов, таких как радиационный перенос, гидродинамика и термодинамика. Запуская эти модели в рамках различных сценариев выбросов парниковых газов, ученые могут прогнозировать будущие изменения климата, такие как повышение температуры, изменения в характере осадков и повышение уровня моря.

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) широко использует GCM в своих оценочных докладах. Различные сценарии, известные как общие социально-экономические траектории (SSPs), представляют собой правдоподобное будущее развитие общества и связанные с ним выбросы парниковых газов. Эти сценарии в сочетании с результатами GCM предоставляют ряд потенциальных климатических перспектив.

2. Детализация

GCM обычно работают с относительно грубым пространственным разрешением (например, 100–200 км). Для многих оценок воздействия необходима более детальная климатическая информация. Методы детализации используются для преобразования крупномасштабных результатов GCM в более подробные региональные или локальные климатические прогнозы. Используются два основных подхода к детализации:

• Статистическая детализация: Этот подход устанавливает статистические связи между крупномасштабными климатическими переменными (например, температурой поверхности моря, атмосферным давлением) и локальными климатическими переменными (например, дневной температурой, осадками), используя исторические данные. Затем эти взаимосвязи применяются к будущим прогнозам GCM для оценки изменений локального климата.
• Динамическая детализация: Этот подход использует региональные климатические модели (RCM) для моделирования климата на меньшей площади с более высоким разрешением. RCM управляются граничными условиями из GCM, эффективно увеличивая масштаб определенных регионов для предоставления более подробной климатической информации.

Пример: GCM может предсказать общее увеличение количества осадков в Юго-Восточной Азии. Детализация может затем указать, в каких регионах произойдет наиболее значительное увеличение и когда эти изменения, вероятно, произойдут.

3. Оценка воздействия

После получения климатических прогнозов следующим шагом является оценка их потенциального воздействия на конкретные сектора или системы. Это предполагает использование специализированных моделей, которые связывают климатические переменные с результатами, специфичными для сектора. Например:

• Сельскохозяйственные модели: Эти модели моделируют рост и урожайность сельскохозяйственных культур на основе климатических факторов, таких как температура, осадки и солнечная радиация. Они могут быть использованы для оценки воздействия изменения климата на производство продовольствия в разных регионах.
• Гидрологические модели: Эти модели моделируют течение воды через речные бассейны, принимая во внимание такие факторы, как осадки, испарение и сток. Они могут быть использованы для оценки воздействия изменения климата на доступность воды и риск наводнений.
• Модели повышения уровня моря: Эти модели прогнозируют повышение уровня моря из-за теплового расширения океана и таяния ледников и ледяных щитов. Они могут быть использованы для оценки воздействия повышения уровня моря на прибрежные сообщества и экосистемы.
• Модели здоровья человека: Эти модели оценивают влияние изменения климата на распространение заболеваний, болезней, связанных с жарой, и качество воздуха.

Оценки воздействия часто включают рассмотрение ряда возможных климатических перспектив и оценку уязвимости различных систем к изменению климата. Уязвимость обычно определяется как степень, в которой система восприимчива к неблагоприятным последствиям изменения климата и не может с ними справиться.

4. Оценка уязвимости и рисков

Этот этап объединяет информацию о потенциальных воздействиях с оценкой уязвимости различных систем. Оценка уязвимости учитывает такие факторы, как чувствительность системы к изменению климата, ее адаптационный потенциал и подверженность климатическим опасностям.

Риск часто определяется как произведение опасности, подверженности и уязвимости. Понимание риска позволяет расставлять приоритеты в усилиях по адаптации и распределении ресурсов.

5. Стратегии адаптации и смягчения последствий

Финальный этап предполагает использование результатов моделирования воздействия для информирования разработки стратегий адаптации и смягчения последствий. Адаптация относится к корректировкам в природных или человеческих системах в ответ на фактические или ожидаемые климатические эффекты или их эффекты, которые смягчают вред или используют выгодные возможности. Смягчение последствий относится к вмешательству человека с целью уменьшения источников или увеличения стоков парниковых газов.

Моделирование воздействия может помочь определить наиболее эффективные меры адаптации для различных регионов и секторов, такие как инвестиции в засухоустойчивые культуры, улучшение инфраструктуры управления водными ресурсами или переселение прибрежных сообществ. Это также может информировать политику смягчения последствий, количественно оценивая потенциальные выгоды от сокращения выбросов парниковых газов.

Глобальные приложения моделирования воздействия изменения климата

Моделирование воздействия изменения климата используется во всем мире для информирования принятия решений в широком спектре секторов:

• Сельское хозяйство: Оценка воздействия изменения климата на урожайность сельскохозяйственных культур и информирование разработки стратегий адаптации, таких как засухоустойчивые культуры и улучшенные методы орошения. Например, в странах Африки к югу от Сахары модели используются для оценки потенциального воздействия изменения характера осадков на производство кукурузы.
• Водные ресурсы: Оценка воздействия изменения климата на доступность воды и информирование разработки планов управления водными ресурсами. В Гималайском регионе модели воздействия используются для оценки влияния таяния ледников на сток рек и водную безопасность.
• Прибрежные зоны: Оценка воздействия повышения уровня моря и штормовых нагонов на прибрежные сообщества и экосистемы. В островных государствах, таких как Мальдивы и Тувалу, модели используются для прогнозирования масштабов затопления прибрежных районов и информирования мер адаптации, таких как морские стены и переселение.
• Общественное здравоохранение: Оценка воздействия изменения климата на здоровье человека, включая распространение инфекционных заболеваний и заболеваемость тепловыми волнами. В Европе модели используются для прогнозирования распространения переносимых переносчиками заболеваний, таких как болезнь Лайма и вирус Западного Нила.
• Инфраструктура: Оценка воздействия изменения климата на инфраструктурные системы, такие как дороги, мосты и электросети. Модели используются для оценки уязвимости инфраструктуры к экстремальным погодным явлениям и информирования проектирования более устойчивой инфраструктуры.
• Экосистемы: Определение воздействия изменения климата на биоразнообразие и экосистемные услуги. Примеры включают моделирование последствий для коралловых рифов от закисления океана и повышения температуры, или прогнозирование изменений в составе и распределении лесов в ответ на изменение температурного режима и режима осадков.

Ограничения и неопределенности в моделировании воздействия изменения климата

Хотя моделирование воздействия изменения климата является мощным инструментом, важно признать его ограничения и неопределенности:

• Неопределенность модели: Климатические модели — это упрощения реального мира, и они содержат неопределенности из-за неполного научного понимания и ограничений вычислительной мощности. Различные климатические модели могут давать разные прогнозы, особенно в региональном масштабе.
• Неопределенность сценария: Будущие выбросы парниковых газов зависят от сложных социальных, экономических и технологических факторов, которые трудно предсказать. Различные сценарии выбросов могут привести к очень разному климатическому будущему.
• Неопределенность модели воздействия: Модели воздействия также содержат неопределенности, поскольку они основаны на упрощенных представлениях о сложных системах. Взаимосвязи между климатическими переменными и результатами, специфичными для сектора, могут быть поняты не полностью.
• Доступность и качество данных: Точность моделирования воздействия зависит от доступности и качества входных данных, таких как климатические данные, данные землепользования и социально-экономические данные. Во многих частях мира данные скудны или низкого качества.
• Сложность и взаимосвязанность: Система Земли очень сложна и взаимосвязана. Изменение климата может вызвать каскадные эффекты, которые трудно смоделировать. Например, засуха в одном регионе может привести к нехватке продовольствия, миграции и политической нестабильности.

Чтобы решить эти ограничения, исследователи работают над улучшением климатических моделей, разработкой более сложных моделей воздействия и сбором большего количества данных. Они также используют методы ансамблевого моделирования, которые включают запуск нескольких моделей и объединение их результатов для снижения неопределенности.

Роль моделирования воздействия в формировании политики и действий

Несмотря на свои ограничения, моделирование воздействия изменения климата играет решающую роль в формировании политики и действий:

• Информирование политических решений: Моделирование воздействия предоставляет политикам информацию, необходимую им для принятия обоснованных решений о смягчении последствий изменения климата и адаптации к нему. Это может помочь им оценить затраты и выгоды различных вариантов политики и расставить приоритеты в инвестициях.
• Повышение осведомленности: Моделирование воздействия может помочь повысить осведомленность общественности о рисках, создаваемых изменением климата. Визуализируя потенциальные последствия изменения климата для различных регионов и секторов, это может мотивировать людей к действию.
• Поддержка планирования адаптации: Моделирование воздействия может помочь сообществам и предприятиям разработать планы адаптации, адаптированные к их конкретным потребностям и уязвимостям. Это может помочь им определить наиболее эффективные меры адаптации и эффективно распределять ресурсы.
• Отслеживание прогресса: Моделирование воздействия может быть использовано для отслеживания прогресса в достижении целей по изменению климата. Отслеживая воздействие изменения климата с течением времени, это может помочь оценить эффективность усилий по смягчению последствий и адаптации.

Пример: Европейский Союз использует моделирование воздействия изменения климата для информирования своей стратегии адаптации к климату. Стратегия направлена на то, чтобы сделать Европу более устойчивой к воздействиям изменения климата, продвигая меры адаптации в таких секторах, как сельское хозяйство, управление водными ресурсами и инфраструктура.

Будущие направления в моделировании воздействия изменения климата

Область моделирования воздействия изменения климата постоянно развивается. Некоторые из основных тенденций и будущих направлений включают:

• Повышенное разрешение: По мере увеличения вычислительной мощности климатические модели запускаются с более высоким разрешением, обеспечивая более подробные региональные климатические прогнозы.
• Интегрированные оценочные модели (IAM): IAM связывают климатические модели с экономическими моделями для оценки экономических последствий изменения климата и затрат и выгод политики смягчения последствий.
• Участие заинтересованных сторон: Все большее внимание уделяется вовлечению заинтересованных сторон в процесс моделирования воздействия, чтобы результаты были актуальными и полезными для принятия решений.
• Искусственный интеллект и машинное обучение: Эти методы используются для улучшения климатических моделей, детализации климатических прогнозов и выявления закономерностей в климатических данных.
• Улучшенная количественная оценка неопределенности: Исследователи разрабатывают новые методы количественной оценки и сообщения о неопределенности в моделировании воздействия изменения климата.

Заключение

Моделирование воздействия изменения климата является важным инструментом для понимания и устранения рисков, связанных с изменением климата. Предоставляя информацию о потенциальном воздействии изменения климата на различные природные и человеческие системы, оно помогает информировать политические решения, повышать осведомленность, поддерживать планирование адаптации и отслеживать прогресс в достижении целей по изменению климата. Хотя моделирование воздействия имеет ограничения и неопределенности, оно постоянно развивается и совершенствуется. Поскольку мы продолжаем сталкиваться с вызовами меняющегося климата, моделирование воздействия будет играть все более важную роль в формировании нашей реакции.

Основные выводы:

• Моделирование воздействия изменения климата имитирует воздействие изменения климата на различные системы.
• Процесс включает в себя климатическое моделирование, детализацию, оценку воздействия, оценку уязвимости и разработку стратегий адаптации/смягчения последствий.
• Он применяется во всем мире к сельскому хозяйству, водным ресурсам, прибрежным зонам, общественному здравоохранению, инфраструктуре и экосистемам.
• Ограничения включают неопределенность модели, неопределенность сценария и доступность данных.
• Он играет жизненно важную роль в информировании политических решений и планирования адаптации.

Действенные идеи:

• Изучите климатические прогнозы для вашего региона, используя общедоступные ресурсы, такие как отчеты МГЭИК или национальные порталы по изменению климата.
• Поймите уязвимость вашего сообщества или бизнеса к воздействиям изменения климата.
• Поддерживайте политику, которая способствует смягчению последствий изменения климата и адаптации к нему.
• Взаимодействуйте с местными экспертами и заинтересованными сторонами для разработки стратегий устойчивости к климату.