Инверсионный след влияет на климат за счет того, что он, по сути, представляет собой вытянутое облако и таким образом удерживает тепло в нижних слоях атмосферы. Основной вклад в этот эффект вносит обыкновенная вода в виде кристалликов льда и пара, а углекислый газ, с которым обычно связывают глобальное потепление, здесь оказывается второстепенным фактором.
Как пишут авторы нового исследования, сегодня вклад всех авиаперевозок в изменение климата оценивается на уровне около пяти процентов от общего вклада человечества. Это достаточно много для того, чтобы искать способы сделать авиацию чище и пытаться понять, как эта ситуация может поменяться в будущем.
У такой задачи множество неизвестных. Если ориентироваться на 2050 год как на не слишком далекое будущее, то за это время может измениться и количество рейсов в целом, и перечень наиболее загруженных направлений, и парк авиалайнеров вкупе с типом используемых двигателей. Еще одним фактором может стать появление новых видов топлива — оно может повлиять как на выбросы углекислого газа, так и на свойства инверсионного следа, ведь чем меньше в выхлопе двигателя частиц сажи, тем меньше кристаллов льда образуется в следе. Количество и размер этих частиц зависят как раз от типа топлива.
Читайте также: Планируем планировать. В России создают самолет на солнечных батареях, чтобы Федор Конюхов пролетел на нем вокруг света за пять дней
Опираясь на ранее сделанные прогнозы роста авиационного сообщения, ученые смоделировали несколько разных сценариев формирования инверсионных следов. В каждой модели они просчитали количество выхлопов от самолетов и естественную циркуляцию атмосферы, причем не в статичном состоянии, а в динамике. Вычислив состояние воздушной оболочки планеты в заданный момент времени, модель отталкивалась от полученных данных и пересчитывала все заново, давая ответ на вопрос о том, как все поменяется спустя четверть часа. Ученые наблюдали за виртуальной атмосферой на протяжении пяти виртуальных лет, а потом переходили к модели с иными начальными условиями.
Результаты моделирования указали на то, что при увеличении авиаперевозок в 4,16 раза (это использованный авторами нового исследования прогноз Федерального управления гражданской авиации США) вклад самолетов в климат за счет инверсионных следов будет выражаться показателем 159 милливатт на квадратный метр. Это значит, что к той солнечной энергии, которую сегодня получает поверхность планеты — в среднем это 341 Вт/м², нужно прибавить еще в среднем по 159 милливатт на каждый квадратный метр. При этом важно отметить, что до атмосферы от Солнца доходит в среднем 1367 Вт/м², но три четверти этой энергии не доходит до Земли именно благодаря атмосфере.
Если учесть еще и изменение климатических условий в силу иных факторов, то цифры немного меняются: вклад самолетов вырастает до 160 мВт/м². С учетом неизбежной погрешности в прогнозировании воздушного движения к 2050 году такой разницей можно пренебречь, а вот учет возможной экономии топлива и сокращения числа частиц сажи дает весьма ощутимое сокращение со 160 до 137 мВт/м². Что, впрочем, все равно гораздо выше моделирования, призванного оценить влияние авиации в 2006 году — в этом сценарии ученые получили всего 49 мВт/м². Моделировать этот сценарий исследователям пришлось потому, что прямые измерения были невозможны. Метеорологам хорошо известно и то, как менялась среднегодовая температура, и как росла концентрация углекислого газа в 2006 году, но выделить из этого эффект авиаперевозок просто так нельзя.
К озвученным цифрам также надо прибавить влияние углекислого газа, источником которого служат те же авиалайнеры (выше учитывалось только влияние инверсионных следов, состоящих преимущественно из водяного пара и кристалликов льда). В 2006 году углекислый газ от самолетов давал 24 мВт/м², а в 2050-м этот показатель может увеличиться от 58 до 85 мВт/м², то есть в сумме речь идет о значениях 245 мВт/м² или 195 мВт/м² (в оптимистичном) прогнозе против имевших место в 2006 году 73 мВт/м².
Изменение энергетического баланса планеты на уровне в несколько десятых ватт на квадратный метр заметно уступает величине постоянных колебаний солнечной радиации. Высокая солнечная активность добавляет на уровне орбиты Земли около ватта на метр, а эллиптичность орбиты вовсе дает колебания в сто ватт на метр.
Однако даже небольшой постоянный вклад в энергетический баланс может существенно поменять картину на фоне больших по величине, но переменных и разнонаправленных факторов. Выбросы углекислого газа в целом дают около 1,6 Вт/м² (1600 мВт/м²), однако это уже привело к увеличению средней температуры на один градус Цельсия. Вклад самолетов, таким образом, оказывается не столь уж мал: к 2050 году он составит больше одной десятой от всего нынешнего человеческого влияния на климат.
Алексей Тимошенко