Понятие обратной связи
Обратные связи — это процессы в климатической системе, при которых
изменение одного параметра вызывает реакции, усиливающие или ослабляющие
исходное изменение. Они являются ключевым элементом динамики климата и
определяют его устойчивость, скорость отклика на внешние воздействия и
возможность резких переходов между климатическими состояниями.
Обратные связи делятся на положительные и
отрицательные. Положительная обратная связь усиливает
начальное изменение, способствуя ускорению процессов (например,
глобальное потепление ведет к усилению таяния льдов, что снижает альбедо
и увеличивает поглощение солнечной радиации). Отрицательная обратная
связь действует стабилизирующе, уменьшая эффект начального воздействия
(например, увеличение облачности может отражать часть солнечного
излучения и снижать нагрев поверхности).
Ключевые виды обратных
связей
1. Ледниково-альбедо обратная
связь
Механизм:
- С увеличением температуры уменьшается площадь ледяного покрова.
- Лед имеет высокое альбедо (отражающая способность), а открытая
поверхность океана или суши поглощает больше солнечной энергии.
- Это приводит к дальнейшему повышению температуры и ускорению таяния
льдов.
Значение: Эта обратная связь особенно важна в
полярных регионах и является одной из главных причин ускоренного
потепления Арктики.
2. Водяная пара как парниковый
газ
Механизм:
- Повышение температуры увеличивает испарение воды.
- Рост концентрации водяного пара усиливает парниковый эффект, так как
вода поглощает инфракрасное излучение Земли.
- Это приводит к дополнительному потеплению и увеличению испарения —
классическая положительная обратная связь.
Особенности:
- Водяная пара действует на климат очень быстро, обеспечивая
динамическую реакцию на внешние forcing.
- Связана с облачностью, которая одновременно может создавать
отрицательные и положительные эффекты.
3. Обратная связь через
облачность
Механизм:
- Облака отражают солнечное излучение (альбедо-эффект) и поглощают
инфракрасное излучение (парниковый эффект).
- При изменении температуры и влажности изменяется тип, высота и
плотность облаков.
Эффект:
- Высокие перистые облака усиливают парниковый эффект — положительная
обратная связь.
- Низкие слоистые облака отражают солнечное излучение — отрицательная
обратная связь.
Сложность: Эта обратная связь крайне сложна для
количественного прогнозирования из-за вариабельности облачных систем и
их взаимодействия с другими компонентами климата.
4. Циркуляционные обратные
связи
Механизм:
- Изменения температуры океана и атмосферы влияют на крупномасштабные
циркуляционные системы, такие как Гольфстрим или Эль-Ниньо.
- Эти изменения могут усиливать или ослаблять региональное потепление
или похолодание.
Примеры:
- Потепление тропических вод может усиливать Эль-Ниньо, что вызывает
изменения осадков и температур по всему миру.
- Ослабление термохалинной циркуляции Атлантики приводит к замедлению
теплообмена, влияя на европейский климат.
5. Биогеохимические обратные
связи
Механизм:
- Рост температуры влияет на биологические и химические процессы в
почвах, океанах и атмосфере.
- Например, таяние вечной мерзлоты высвобождает метан — мощный
парниковый газ.
- В океанах повышение температуры и изменение кислотности может
снижать поглощение CO₂.
Значение:
- Эти обратные связи имеют долгосрочный эффект и могут привести к
ускоренному изменению климата, превышающему естественные колебания.
Временные масштабы обратных
связей
Обратные связи действуют на разных временных масштабах:
| Масштаб |
Пример обратной связи |
Влияние |
| Часы–дни |
Облачность и водяной пар |
Мгновенное усиление или ослабление радиационного баланса |
| Годы–десятилетия |
Ледниково-альбедо |
Усиление полярного потепления, региональные климатические
эффекты |
| Столетия |
Термохалинная циркуляция, биогеохимические процессы |
Долгосрочные изменения глобального климата |
Комплексные
взаимодействия обратных связей
Обратные связи не действуют изолированно — они формируют сложную сеть
взаимодействий, которая может приводить к:
- Усилению изменений (эффект «домино» в климатической системе).
- Саморегуляции через отрицательные обратные связи.
- Переходам к новым устойчивым состояниям, известным как
климатические тippings (например, коллапс ледникового
покрова Гренландии или Амазонского леса).
Ключевой момент: Предсказание климата требует учета
всех типов обратных связей и их нелинейных взаимодействий. Простые
линейные модели часто недооценивают возможные резкие изменения.