Как стихийные бедствия влияют на долгосрочные климатические тенденции

Двойная связь между стихийными бедствиями и долгосрочными климатическими тенденциями

Стихийные бедствия, включая лесные пожары, ураганы, извержения вулканов, наводнения и засухи, неразрывно связаны с климатической системой Земли. Они не происходят изолированно, а скорее реагируют на существующие климатические условия и активно влияют на долгосрочные климатические модели. Возрастающая частота и интенсивность многих экстремальных явлений тесно связаны с антропогенным изменением климата, но сами эти бедствия могут изменять состав атмосферы, характеристики поверхности суши и океанические процессы, тем самым формируя климатические траектории на протяжении десятилетий и столетий. Эта сложная двунаправленная связь создает петли обратной связи, которые усиливают или иногда временно смягчают последствия изменения климата. Глубокое понимание этих взаимодействий имеет решающее значение для разработки эффективных стратегий смягчения последствий изменения климата, снижения риска бедствий и адаптации в быстро меняющемся мире.

Механизмы, посредством которых бедствия влияют на климат

Прямые выбросы парниковых газов

Стихийные бедствия часто выделяют значительное количество парниковых газов (ПГ), включая углекислый газ (CO2), метан (CH4) и закись азота (N2O), непосредственно в атмосферу, тем самым способствуя глобальному потеплению. Лесные пожары являются основным примером, поскольку они сжигают обширные области растительности и органических почв, высвобождая углерод, который ранее хранился в течение десятилетий или столетий. Например, австралийские лесные пожары 2019–2020 годов выбрасывали около 830 миллионов тонн CO2, превышая ежегодные выбросы некоторых промышленно развитых стран. Аналогичным образом, торфяные пожары, особенно в тропических регионах, выделяют большое количество метана, газа с более чем в 25 раз потеплением потенциала CO2 в течение 100-летнего периода. Выпуск метана из анаэробного разложения в затопленных или заболоченных почвах во время и после наводнений еще больше усугубляет концентрации парниковых газов.

Вулканические извержения представляют собой уникальный случай. В то время как они выделяют CO2 и другие газы, они также выделяют диоксид серы (SO2) в стратосферу, которая образует сульфатные аэрозоли. Эти аэрозоли отражают поступающее солнечное излучение, что приводит к кратковременному глобальному похолоданию, часто длящемуся от одного до трех лет. Например, извержение вулкана Пинатубо 1991 года снизило глобальные температуры примерно на 0,5 ° C в течение почти двух лет. Однако вулканические выбросы также могут влиять на химию стратосферного озона и способствовать сложным атмосферным изменениям, которые влияют на изменчивость климата.

Альбедо и изменения поверхности земли

Стихийные бедствия вызывают крупномасштабные изменения поверхности Земли, затрагивая ее альбедо — долю солнечной энергии, отраженной обратно в космос. Лесные пожары удаляют растительный покров и обнажают более темную почву или обугленные поверхности, уменьшая альбедо и увеличивая поглощение солнечной энергии. В бореальных регионах это потемнение поверхности ускоряет оттепель вечной мерзлоты, высвобождая дополнительные парниковые газы и дополнительно нагревая атмосферу. Аналогичным образом, ураганы и прибрежные наводнения могут лишить защитную растительность, такую как водно-болотные угодья и мангровые заросли, обнажая голую почву или открытую воду, которая поглощает больше тепла и изменяет местные микроклиматы.

И наоборот, извержения вулканов впрыскивают в верхние слои атмосферы отражающие аэрозоли, увеличивая планетарное альбедо и вызывая временное охлаждение. Эта двойственность иллюстрирует, как различные стихийные бедствия могут оказывать контрастное воздействие на энергетический баланс Земли.

Аэрозоли и облачное образование

Катастрофы впрыскивают аэрозоли, включая черный углерод, органический углерод и сульфатные частицы, которые влияют на микрофизику облаков и химию атмосферы. Курительные шлейфы от лесных пожаров богаты черным углеродом, который может поглощать солнечное излучение и нагревать атмосферу локально. Эти частицы также служат ядрами конденсации облаков (CCN), влияя на размер капель облаков, срок службы облаков и отражательную способность, потенциально изменяя региональные модели осадков.

Вулканические сульфатные аэрозоли распространяются по всему миру и влияют на муссоновые системы, стратосферные температурные градиенты и концентрации озона.Хотя аэрозольные эффекты часто менее продолжительны по сравнению с долгоживущими парниковыми газами, их влияние на климат может сохраняться в течение многих лет и способствовать региональной и сезонной изменчивости климата.

Землепользование и гидрологические сдвиги

Стихийные бедствия часто разрушают населенные пункты, сельское хозяйство и экосистемы, вызывая длительные изменения в землепользовании и гидрологических режимах. Последствия урагана Катрина в 2005 году являются наглядными: широкомасштабные наводнения и ущерб инфраструктуре вынудили отказаться от крупных районов в Новом Орлеане, что привело к естественному лесовосстановлению в некоторых зонах, в то время как реконструированные городские районы усилили последствия тепловых островов. Наводнения могут засолять почвы, ухудшать сельскохозяйственную производительность и вызывать сдвиги от пахотных земель к пастбищам или подстилкам, изменяя потоки углерода и воды в местном и региональном масштабах.

Такие изменения в землепользовании могут сохраняться в течение десятилетий, влияя на микроклиматы, изменяя скорость испарения и изменяя гидрологические циклы, которые, в свою очередь, способствуют более широкой динамике климата.

Сети обратной связи, которые усиливают изменение климата

Стихийные бедствия часто инициируют циклы положительной обратной связи, которые ускоряют потепление климата и усиливают частоту и тяжесть будущих бедствий.

Оттепель и лесные пожары:] В арктических и бореальных зонах, таких как Сибирь, лесные пожары потребляют органические почвы, богатые углеродом, выделяя CO2 и метан. Получающееся потемнение поверхности уменьшает альбедо и способствует более глубокому оттеплению вечной мерзлоты, что дополнительно высвобождает древние запасы углерода. Этот цикл повышает концентрацию парниковых газов в атмосфере и увеличивает вероятность последующих пожаров.
Лесная диаспора от жары и засухи:] Тепловые волны и засухи, примером которых является европейская жара 2003 года, вызывают широко распространенную гибель деревьев.Мертвая биомасса разлагается, высвобождая накопленный углерод, в то время как уменьшенный покров навеса уменьшает испарение, усугубляя местную сушку и увеличивая риск пожара.
Потепление океана и интенсификация ураганов:] Более высокие температуры поверхности моря (SST) усиливают тропические циклоны, которые вызывают большую эрозию прибрежных районов и наносят ущерб богатым углеродом экосистемам, таким как мангровые заросли и морские травы. Потеря этих «голубых углеродных» поглотителей снижает способность прибрежных улавливать углерод, в то время как усилия по реконструкции часто связаны с потреблением ископаемого топлива, увеличивая выбросы.
Обратная связь ледникового альбедо от наводнений ледниковых вспышек (GLOFs): Внезапное высвобождение ледниковых вод озера полосы мусора и льда с ледниковых поверхностей, повышение скорости таяния и снижение альбедо поверхности. Это ускоряет отступление ледников и региональное потепление, способствуя долгосрочным климатическим сдвигам в горных и полярных регионах.

Тематические исследования по взаимодействию в условиях бедствий и климата

Европейская тепловая волна 2003 года

Европейская жара 2003 года была одной из самых смертоносных климатических катастроф в новейшей истории, вызвав, по оценкам, 70 000 смертельных случаев и сельскохозяйственных потерь, превышающих 13 миллиардов евро. Анализ распределения показал, что антропогенное изменение климата по крайней мере удвоило вероятность такого экстремального события. Длительные высокие температуры вызвали широко распространенные лесные пожары по всей Португалии, Испании и Франции, выпустив миллионы тонн углерода в атмосферу. Отмирание растительности уменьшило способность Европы поглотить углерод в течение нескольких лет, эффективно создав временный источник углерода, который способствовал региональному потеплению.

В результате жары также были выявлены уязвимости в энергетических и водных системах, сбои в электросетях и нехватка воды, а также перегружены медицинские услуги. Это событие подчеркнуло, как вызванные климатом бедствия могут каскадироваться в нескольких секторах, усугубляя социальные риски и экономические издержки.

Ураган Катрина (2005)

Ураган Катрина, один из самых разрушительных ураганов в истории США, был подпитан температурой поверхности моря Мексиканского залива, повышеной на 1-2 ° C выше среднего, тенденция, связанная с изменением климата. Шторм вызвал катастрофическое наводнение в Новом Орлеане и привел к потере более 200 квадратных миль прибрежных водно-болотных угодий Луизианы. Эти водно-болотные угодья служат жизненно важными буферами против штормовых нагонов и действуют как значительные углеродные резервуары.

Уничтожение водно-болотных угодий повысило уязвимость региона к будущим штормам и привело к чистому увеличению выбросов углерода из-за деградации водно-болотных угодий. Реконструкция после Катрины первоначально в значительной степени зависела от энергетических систем на основе ископаемого топлива, фиксируя высокие выбросы. Однако более поздние инициативы были сосредоточены на устойчивой инфраструктуре, микросетях возобновляемых источников энергии и крупномасштабных проектах восстановления прибрежных районов, предназначенных для повышения естественной защиты и поглощения углерода.

Австралийские пожары Буша 2019–2020 («Черное лето»)

Австралийские лесные пожары 2019–2020 годов, называемые «Черным летом», сожгли более 18 миллионов гектаров, унесли 33 жизни и разрушили тысячи домов. Они оказали глубокое экологическое воздействие, по оценкам, пострадали 3 миллиарда животных. Пожары выпустили около 830 миллионов тонн CO2, что эквивалентно ежегодным национальным выбросам Австралии, и привели к выбросу дымовых шлейфов в стратосферу, где частицы черного углерода поглощали солнечное излучение и нагревали верхнюю атмосферу на местном уровне.

Это атмосферное нагревание повлияло на формирование облаков над Южным океаном, потенциально изменив характер осадков в южной части Тихого океана. Пожары опустошили богатые углеродом леса, превратив крупный поглотитель углерода в источник на десятилетия. Потеря растительности уменьшила испарение, способствуя более сухим условиям и увеличивая восприимчивость к будущим пожарам, тем самым создавая петлю обратной связи, которая усиливает региональное потепление климата и пожарный риск.

Тайфун Хайян (2013)

Тайфун Хайян был одним из самых интенсивных тропических циклонов, когда-либо зарегистрированных, с устойчивой скоростью ветра, достигающей 315 км / ч. Климатические модели показывают, что потепление температуры поверхности моря увеличило интенсивность шторма на 10-15% по сравнению с доиндустриальными условиями. Штормовой нагон опустошил прибрежные мангровые леса и русла морских трав на Филиппинах, экосистемы, которые входят в число наиболее эффективных естественных поглотителей углерода.

Уничтожение этих экосистем синего углерода в сочетании с перемещением более четырех миллионов человек привело к увеличению вырубки лесов, поскольку общины искали древесину для реконструкции и резкому увеличению использования ископаемого топлива для аварийной энергетики. Эти факторы способствовали сокращению накопления углерода в прибрежных районах и повышению уязвимости к последующим штормам, что потребовало дорогостоящих мер по адаптации, которые могли бы увеличить выбросы, если бы не тщательно управлялись.

Тепловая волна и лесные пожары Сибири 2020

В 2020 году в Сибири наблюдались беспрецедентные температуры, превышающие 38°C (100°F) над Полярным кругом, а жара, по крайней мере, в 600 раз более вероятна из-за антропогенного изменения климата. Экстремальная жара вызвала массовые лесные пожары в тундре и бореальных лесах, высвободив более 500 миллионов тонн CO2. Эти пожары ускорили оттепель вечной мерзлоты, вызвав выброс мощных парниковых газов, таких как метан и закись азота.

Спутниковые наблюдения показали, что вызванная пожарами деградация вечной мерзлоты продолжалась в течение нескольких лет после этого события, демонстрируя, как одна экстремальная катастрофа может иметь устойчивые, многодекадные последствия для глобального климата за счет высвобождения углерода и усиления обратной связи. Этот случай иллюстрирует критическую важность интеграции обратной связи между огнем и вечной мерзлотой в климатическое моделирование для лучшего прогнозирования будущих климатических траекторий.

Моделирование климата и определение тенденций, обусловленных стихийными бедствиями

Ученые используют глобальные климатические модели (ГКМ) наряду с методологиями атрибуции экстремальных явлений для распутывания влияния человеческой деятельности на частоту и интенсивность стихийных бедствий и их последующее воздействие на климат. Исследования атрибуции сравнивают наблюдаемые события в текущем климате с повышенными концентрациями парниковых газов для контрфактических сценариев, представляющих доиндустриальные или природные условия изменчивости.

Например, Всемирная сеть атрибуции погоды обнаружила, что ураган Харви (2017) испытал 15%-ное увеличение интенсивности осадков, вызванное изменением климата. Эти выводы помогают различать естественную изменчивость климата и антропогенное воздействие, информируя оценки рисков и политические решения.

Однако точное моделирование циклов обратной связи, инициированных бедствиями, остается сложной задачей. Многие модели системы Земли в настоящее время не имеют четкого представления о взаимодействиях, таких как обратная связь между лесными пожарами и вечной мерзлотой, динамика ураганов и экосистем, или влияние закисления океана на здоровье коралловых рифов и связанную с этим защиту от штормов. Шестой оценочный доклад МГЭИК (AR6) подчеркивает важность включения сложных событий - одновременных или последовательных бедствий - которые создают нелинейные воздействия, которые в настоящее время недооцениваются в прогнозах климата.

Стратегии смягчения и адаптации

Готовность и устойчивая инфраструктура сообщества

Сведение к минимуму последствий стихийных бедствий для климата требует повышения устойчивости общин посредством целенаправленной готовности и улучшения инфраструктуры.

Системы раннего предупреждения: Разработка сложных, климатически обоснованных систем предупреждения о волнах тепла, лесных пожарах, наводнениях и ураганах позволяет своевременно эвакуироваться и распределять ресурсы, уменьшая человеческие и экономические потери.
Инвестиции в зеленую инфраструктуру: Восстановление водно-болотных угодий, расширение городских зеленых насаждений и внедрение проницаемых поверхностей увеличивают поглощение природной воды, уменьшают городские тепловые острова и секвестрируют углерод, тем самым одновременно смягчая последствия стихийных бедствий и изменение климата.
Обновление строительного кодекса: Обеспечение соблюдения строительных стандартов, которые повышают устойчивость к экстремальным ветрам, пожарам и наводнениям, одновременно повышая энергоэффективность, снижает как непосредственный ущерб от стихийных бедствий, так и долгосрочные выбросы парниковых газов.
Умное восстановление после стихийных бедствий: Создание планов реагирования на стихийные бедствия, которые уделяют приоритетное внимание использованию возобновляемых источников энергии для аварийной энергетики, устойчивых строительных материалов и ресурсоэффективной реконструкции, может сократить выбросы на этапах восстановления.

Экосистемная адаптация

Защита и восстановление природных экосистем обеспечивает эффективный и экономически эффективный подход к нарушению циклов обратной связи между стихийными бедствиями и климатом. Например, восстановление мангровых лесов повышает защиту прибрежных районов от штормовых нагонов при хранении в три-пять раз больше углерода на гектар, чем земные леса. Аналогичным образом, восстановление лесных районов, пострадавших от лесных пожаров, с устойчивыми к климату видами ускоряет поглощение углерода, стабилизирует почвы и помогает восстановить местные гидрологические циклы и модели осадков.

Программа ООН по окружающей среде (FLT:0) сообщает, что адаптация на основе экосистем может снизить потери от стихийных бедствий на 25-30%, одновременно увеличивая поглощение углерода, обеспечивая двойную выгоду для смягчения последствий изменения климата и устойчивости.

Климатически устойчивая политика и комплексное планирование

Интеграция устойчивости к изменению климата в национальную и местную политику имеет важное значение для решения взаимосвязанных проблем стихийных бедствий и долгосрочного изменения климата.

Включение мер по уменьшению опасности бедствий в рамки адаптации к изменению климата для обеспечения скоординированных ответных мер.
Содействие планированию землепользования, которое позволяет избежать районов повышенного риска, таких как поймы и зоны береговой эрозии.
Поддержка инноваций в области возобновляемых источников энергии и низкоуглеродной инфраструктуры для отделения реконструкции от зависимости от ископаемого топлива.
Укрепление международного сотрудничества и механизмов финансирования в поддержку уязвимых регионов, непропорционально пострадавших от взаимодействия между стихийными бедствиями и климатом.

Целостная политика, признающая двунаправленную связь между стихийными бедствиями и изменением климата, имеет решающее значение для построения устойчивых обществ и обеспечения глобальной климатической стабильности.