Оценка воздействия выбросов чёрного углерода на радиационный баланс и другие климатические параметры для территории России.

С помощью модели Земной системы INMCM6 исследуется отклик климатической системы на выбросы в атмосферу чёрного углерода (ЧУ) за период 2010-2021гг для территории России. В данную модель включён аэрозольный блок, который описывает эволюцию чёрного углерода в атмосфере и континентальном снеге, в том числе перенос-диффузию, микрофизические процессы «старения», седиментации, вымывания аэрозольных частиц осадками из атмосферы и талой водой из снега. Прямое радиационное воздействие аэрозольных частиц в атмосфере оценивается на основе их предписанных оптических свойств, а в снеге - на основе вычисления альбедо снега, параметризованного в зависимости от свойств снега и концентрации аэрозольных частиц содержащихся в нём. В модели не учитываются непрямое воздействие аэрозольных частиц ЧУ на облака. В качестве выбросов ЧУ в атмосферу используются глобальные данные CEDS (антропогенный источник) и GFED4 (источник от сжигания биомассы).

Результаты модельных экспериментов верифицированы для средних глобальных и пространственных характеристик ЧУ на основе данных мультимодельного эксперимента AEROCOM3, реанализов CAMS и MERRA, а также данных наблюдений ЕВАS по аэрозольному коэффициенту поглощения на станциях, расположенных в Арктике, и вертикальных профилях ЧУ, полученных при самолётном зондировании атмосферы во время кампании HIPPO. 

С помощью данной модели получены и проанализированы данные для территории РФ для интегрального трансграничного переноса ЧУ, радиационного воздействия от чёрного углерода, содержащегося в атмосфере и снеге и других параметров. Среднегодовой радиационный баланс на верхней границе атмосфере над территорией РФ увеличился на 0.28 Вт/м2 за счёт при учёте чёрного углерода, содержащегося в воздухе. Среднегодовой радиационный баланс на поверхности суши увеличился на 2.3 Вт/м2 при учёте чёрного углерода, содержащегося в снеге. Данная величина радиационного воздействия согласуется с работой (Flanner et al., 2007) в которой приводится оценка для радиационного форсинга от потемнения снега из-за чёрного углерода и минеральной пыли для Евразии в весенний период 3.9 Вт/м2.

Указанные изменения в радиационном балансе приводят к дополнительному нагреву поверхности и увеличению скорости снеготаяния. На основе данных модельных экспериментов, сделана оценка климатического отклика от антропогенных и естественных выбросов чёрного углерода в атмосферу по отдельности, Для этого из результатов эксперимента с полными выбросами вычитались результаты соответствующих экспериментов с эмиссией от специфичного источника. В частности получено, что антропогенные и природные выбросы ЧУ вносят примерно одинаковый вклад в увеличение среднегодовой приземной температуры воздуха, порядка 0.2 °C. Максимальный температурный отклик на выбросы чёрного углерода наблюдается в январе и составляет 0.7 и 1°C для антропогенных и природных выбросов соответственно. В апреле альбедо снега уменьшается на величину 0.03, а скорость снеготаяния увеличивается на 20% от своего среднегодового значения для случая антропогенных выбросов. Данные изменения величин согласуются с результатами, полученными другими авторами (Bellouin, Boucher,2010).

Исследование выполнено в рамках Распоряжения Правительства Российской Федерации от 29.10.2022 г. №3240-р «Об утверждении инновационного проекта «Единая национальная система мониторинга климатически активных веществ»