Владимир Михайлович Катцов

директор Главной геофизической обсерватории имени А.И. Воейкова

– Расскажите об общемировом положении в изменении климата? Каковы наблюдения, тенденции, тренды?

– По данным Всемирной метеорологической организации, 2019-й стал вторым самым теплым годом за всю более чем полуторавековую историю инструментальных наблюдений. Пятилетие с 2015-го по 2019 год и десятилетие с 2010-го по 2019 год стали самыми теплыми за всю историю наблюдений. Начиная с 1980-х годов каждое последующее десятилетие было более теплым, чем любое предыдущее с середины XIX века.

Глобальное потепление – лишь одно из проявлений глобального изменения климата; оно сопровождается подъемом уровня океана, сокращением ледяного и снежного покровов, изменениями статистики опасных погодных явлений. Продолжает неуклонно расти концентрация парниковых газов (двуокиси углерода, метана) в атмосфере. Уровень моря повышался в течение всего периода спутниковых альтиметрических измерений (с 1993 года), однако темпы его повышения со временем росли, главным образом за счет таяния ледниковых щитов в Гренландии и Антарктике.

В 2019 году глобальный средний уровень моря достиг своего рекордного значения за всю историю наблюдений. Продолжается долгосрочное сокращение морского ледяного покрова в Арктике – особенно быстрое в сезонном минимуме: с начала спутниковых наблюдений сокращение площади льда в сентябре 2020 года составило 13,1% за десятилетие (по отношению к среднему за период 1981–2010 годов).

– Велика ли роль человека в изменении климата?

– К числу фундаментальных вопросов, на которые профессиональная климатическая наука сегодня дает уверенный утвердительный ответ, относятся, например, такие: меняется ли химический состав атмосферы (в части содержания парниковых газов), теплеет ли климат вследствие этого изменения, ответственна ли за это хозяйственная деятельность человека? Сразу оговорюсь, что речь здесь идет об основном факторе, но не единственном. Естественные факторы играют свою роль в колебаниях климатической системы, однако вклад антропогенного фактора в наблюдаемое последние полвека (и ожидаемое) изменение климата является доминирующим.

– Насколько способны принимаемые человечеством меры затормозить климатические изменения?

– Теоретические оценки, основанные на расчетах со сложными физико-математическими моделями, с очень высокой вероятностью указывают на то, что на ближайшие десятилетия человечество приговорено к определенному развитию событий в климатической системе Земли. Как бы мы сегодня ни пытались уменьшить наше влияние на климат (например, сокращая выбросы парниковых газов), наши действия могут сказаться на климате лишь во второй половине текущего столетия. Но это, конечно, тоже очень важно. Поэтому к неизбежной части будущих изменений климата необходимо будет адаптироваться.

– Чем климатическая наука может помочь в части адаптации к изменениям климата?

– Планирование адаптации, прежде всего, требует от нас ясного представления о перспективах глобальных и региональных изменений климата, а значит и о причинах наблюдаемых. Не понимая причин происходящих изменений климата, не понимая деталей того, как работает климатическая система, мы не в состоянии прогнозировать будущее, а значит и надлежащим образом заблаговременно адаптироваться. В этом смысле успех адаптации зависит от прогресса в решении фундаментальных проблем науки о климате. Есть, разумеется, и огромное количество научных проблем, относящихся к сфере прикладной климатологии, ориентированной на соответствующие потребности отраслей экономики и населения.

В особом внимании нуждается количественная оценка связанных с климатическими воздействиями рисков, отражающая отраслевую специфику и необходимая для принятия оптимальных адаптационных решений. Как следует из приоритетов Сендайской (2015 год) рамочной программы действий по уменьшению опасности бедствий, инвестировать в снижение рисков более эффективно, чем оплачивать последствия катастроф.

Важнейшей составляющей научного обоснования мер адаптации являются экономические оценки. Иными словами, без науки под флагом адаптации можно тратить огромные средства – не решая задач адаптации! Наука является в сущности важнейшим ресурсом адаптации. Сегодня наука находится в состоянии интенсивной конвергенции. Ведь адаптационные решения должны основываться на диалоге между представителями естественных и социальных наук. И конечно, с гражданским обществом и политическим руководством на каждом уровне.

– Что в России на политическом уровне предпринимается для адаптации к изменениям климата?

– Погодно-климатический фактор затрагивает сферы ответственности практически любого ведомства Российской Федерации. 25 декабря 2019 года нашим правительством принят Национальный план мероприятий первого этапа адаптации к изменениям климата на период до 2022 года. К слову, Росгидромет является исполнителем (соисполнителем) 21 из 29 мероприятий этого плана, не считая мероприятий регионального блока плана. И это неудивительно! Без постоянного мониторинга состояния климатической системы (т. е. без Государственной наблюдательной сети, находящейся в ведении Росгидромета), а также соответствующей науки, в том числе сценарного прогнозирования климатических воздействий, реальной адаптации не получится. Критически важным инструментом здесь является физико-математическое моделирование глобального и регионального климата. Плюс, конечно, суперкомпьютерные ресурсы, с которыми у российских ученых ситуация, мягко говоря, неблагополучная.

– Разъясните для обывателей, почему обсерватория занимается вопросами климатологии? Чем вообще занимается обсерватория?

– Федеральное государственное бюджетное учреждение «Главная геофизическая обсерватория им. А.И. Воейкова» (ГГО) (до 1924 года Главная физическая обсерватория, ГФО) – старейшее метеорологическое и климатологическое учреждение России. ГФО была основана 1 (13) апреля 1849 года в Санкт-Петербурге по указу императора Николая I, в соответствии с которым на ГФО было возложено «производство физических наблюдений и испытаний в обширном виде и вообще для исследования России в физическом отношении».

ГГО с момента своего основания является научно-методическим центром системы метеорологических наблюдений, в том числе специализированных сетей наблюдений: актинометрической, озонометрической, теплобалансовой, загрязнения атмосферного воздуха, химизма атмосферных осадков, атмосферного электричества, метеорологической радиолокационной, парниковых газов. Современная приземная метеорологическая сеть России и стран СНГ организована на основе требований к ее построению, разработанных в ГГО. Выполнение наблюдений на сетях, курируемых ГГО, осуществляется в соответствии с нормативно-методическими документами, подготовленными в обсерватории.

ГГО (ГФО) стала основоположницей многих направлений в области наук об атмосфере. Именно здесь начинались первые отечественные исследования по климатологии, прогнозу погоды, динамической метеорологии, аэрологии, актинометрии, метрологии атмосферных измерений, ряду направлений физики атмосферы (физике облаков, атмосферному электричеству, физике пограничного слоя), атмосферной диффузии и загрязнению атмосферы.

С ГГО (ГФО) связана деятельность академиков А.Я. Купфера, Г.И. Вильда, М.А. Рыкачева, Б.Б. Голицына, А.Н. Крылова, Н.Е. Кочина, А.А. Дородницына, К.Я. Кондратьева, М.И. Будыко, выдающихся ученых: климатолога А.И. Воейкова, создателя школы динамической метеорологии А.А. Фридмана, основателя долгосрочных прогнозов погоды Б.П. Мультановского и численных прогнозов погоды И.А. Кибеля, изобретателя радиозонда П.А. Молчанова и многих других деятелей отечественной науки. ГГО стала родоначальником целого ряда научных учреждений.

В настоящее время ГГО – ведущее научное учреждение Росгидромета, осуществляющее многопрофильные комплексные исследования в области метеорологии, климатологии, мониторинга загрязнения атмосферы, физики атмосферы. Основные научные направления ориентированы на выполнение задач, поставленных государством по гидрометеорологическому и климатическому обслуживанию отраслей экономики, социальной сферы, индивидуального сектора. В частности, выполняется беспрецедентная по масштабам и сложности работа по обеспечению наземной метеорологической сети современными средствами автоматизированного получения, сбора и передачи информации, в том числе в сложных климатических условиях отдельных регионов России.

ГГО является головным  разработчиком проекта Климатической доктрины Российской Федерации (подписанной Президентом Российской Федерации в 2009 году), а также Концепции Национального плана адаптации (совместно с Институтом народно-хозяйственного прогнозирования РАН), принятой Минэкономразвития в 2017 году. ГГО выполняет функции Климатического центра Росгидромета; Мирового центра данных по солнечной радиации Глобальной службы атмосферы (ГСА) Всемирной метеорологической организации (ВМО); Международного регионального центра по калибровке фильтровых озонометров ГСА ВМО, техническое обеспечение наблюдений за общим содержанием озона и ультрафиолетовой радиации на сети Росгидромета; Отраслевого информационно-аналитического центра мониторинга загрязнения атмосферного воздуха и региональной лаборатории по химическому составу атмосферных осадков и др.

В 2018 году находящимся в ведении ГГО метеостанции «Воейково, М2» и пункту наблюдений за общим содержанием озона присвоен статус полигона ВМО. В мире такой статус имеют всего лишь девять полигонов. К важнейшим результатам, полученным ГГО в последние годы, следует отнести создание многоцелевой прогностической системы для исследований и сценарного прогнозирования изменения климата, включающей, помимо глобальной модели климата, встроенные в нее региональные модели атмосферы высокого пространственного разрешения, трансформации речного стока и многолетней мерзлоты. Эта система является важным инструментом информационно-аналитического обеспечения разработки отраслевых и региональных стратегий и планов адаптации к изменениям климата.

Специалисты ГГО активно участвуют в работе международных научных организаций, органов и экспертных групп: Объединенного научного комитета Всемирной программы исследований климата; Научной консультационной группы Всемирной метеорологической организации; Комитета по адаптации Рамочной конвенции ООН по изменению климата; Межправительственной группы экспертов по изменению климата; Руководящего комитета Глобальной системы наблюдений за климатом ВМО и др.

– В каких регионах России больше всего меняется климат и как это проявляется? Есть мнение, что холодным регионам потепление на руку – повышение урожайности, комфортные условия для людей и т. п. Так ли это?

– Вы затронули чрезвычайно обширный вопрос. В деталях он рассматривается, например, в фундаментальных оценочных докладах Росгидромета об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. С ними можно ознакомиться на сайте Климатического центра Росгидромета http://cc.voeikovmgo.ru/ru/. Если говорить коротко, то, как отмечено в Климатической доктрине Российской Федерации, «однозначная оценка последствий вероятных изменений климата для Российской Федерации невозможна, и при выработке политики в области климата следует учитывать весь комплекс потерь и выгод, связанных с изменениями климата». Но в целом проблема изменения климата является для России очень серьезным вызовом, парирование которого потребует от всех нас действительно больших, продолжительных и многовекторных усилий.

– В чем выражается современное изменение климата на территории Санкт-Петербурга?

– Наблюдаемые климатические изменения выражаются в постепенном росте температуры воздуха и почвы, прежде всего в зимний и весенний периоды, некотором увеличении годовой суммы осадков при одновременном значительном возрастании доли жидких осадков в годовой сумме, уменьшении снегозапасов. При этом важной тенденцией является рост повторяемости и интенсивности опасных и неблагоприятных метеорологических и гидрологических явлений, таких как экстремальные суточные суммы осадков, наводнения, мощные гололедные отложения, волны жары.

– Изменение каких климатических параметров оказывает наибольшее влияние на городскую среду?

– Территория Санкт-Петербурга покрыта хорошо развитой гидрографической сетью. Поэтому в условиях климатических изменений становится особенно актуальным эффективное управление водными ресурсами города. На них в части поверхностных вод влияют количество и интенсивность атмосферных осадков, температура воздуха (влияющая на испарение с водной поверхности), влажность воздуха, направление и скорость ветра, сгоны и нагоны в Финском заливе, антропогенная нагрузка. Для гидрологического режима водных объектов в городе большое значение имеют температуры воздуха в зимний период. Показателем суровости зимы является сумма отрицательных среднесуточных температур воздуха. Значение этого показателя стабильно снижается, а зима 2019–2020 года была самой теплой в Европе за все время наблюдений.

Увеличение доли жидких осадков в холодное время года, связанное с ростом температуры воздуха, увеличение повторяемости оттепелей, а также короткий зимний период, сопровождаемый продолжительными оттепелями, обуславливает значительное уменьшение снегонакоплений в бассейнах рек, которое необходимо для обеспечения весеннего половодья. В связи с этим происходит выравнивание годового распределения стока и увеличение объема стока в зимний период. Рост температуры воздуха, увеличивающий испарение, особенно в летний период, в отдельные годы может приводить к снижению уровня небольших, хорошо прогреваемых водоемов. Увеличение температуры воды является негативным фактором как для водных экосистем, так и для водопотребления в различных секторах экономики и социальной сферы (например, осложняется охлаждение ТЭС и АЭС, возрастает опасность инфекционных заболеваний и т. д.).

– Какое влияние оказывают климатические изменения на подземные водные объекты и грунтовые воды Санкт-Петербурга?

– Вообще на уровень грунтовых вод и подземные водные объекты влияют следующие параметры: температура воздуха, количество выпадающих атмосферных осадков, уровень воды в водных объектах, глубина водоносного горизонта, урбанизация (асфальтирование) и массовая застройка территорий. Более частое выпадение экстремальных осадков является одной из характерных особенностей изменяющегося климата и способствует подъему уровня грунтовых вод. Так, число дней с сильным дождем за последнее тридцатилетие увеличилось на 40%.

Изменение величины суточного максимума осадков в Санкт-Петербурге также имеет значимый положительный тренд. Летом 2015 года суточный максимум составил 97 мм, превысив предыдущее значение (75 мм), полученное более чем из столетнего ряда наблюдений. Однако надо отметить, что наблюдаемые климатические изменения могут стать и причиной падения уровня грунтовых вод. Наличие оттепелей зимой, отсутствие условий для формирования водонепроницаемого запирающего слоя в почве создают благоприятные предпосылки для фильтрации влаги в почву и питания наиболее динамичных водоносных горизонтов верховодки и верхних ярусов. Интенсивный сток верховодки в зимний период уменьшает количество влаги, фильтрующейся в грунтовые воды, и препятствует пополнению их запасов.

– Для каких объектов городской инфраструктуры изменения климата создают наибольшие риски?

– Совокупность расположенных на территории Санкт-Петербурга гидротехнических сооружений (ГТС) образует сложную систему, состоящую из технически разнородных объектов (плотины, водосбросные и водопропускные сооружения, каналы, коллекторы, берегоукрепительные сооружения и др.), обладающих различным имущественно-правовым статусом. Наиболее потенциально опасными ГТС являются бесхозяйные гидротехнические сооружения, которые не имеют собственника и эксплуатирующей организации, обеспечивающих их безопасность. Отсутствие собственника приводит к ухудшению состояния сооружений и возрастающей угрозе возникновения аварийных и чрезвычайных ситуаций.

Среди климатических параметров, способных оказать существенное влияние на гидротехнические сооружения, следует выделить количество и интенсивность выпадающих осадков, что приводит к повышению уровня воды в водных объектах. Особенно это актуально для бесхозяйных ГТС, непрерывная эксплуатация которых не осуществляется. Продолжительные осадки высокой интенсивности могут привести к нарушению работоспособности сооружений и, как следствие, к затоплению прилегающих территорий.

Наземные части ГТС находятся под воздействием тех же атмосферных нагрузок, что и другие здания и сооружения города. Поэтому проявление климатических изменений в виде увеличения числа дней с заморозками и оттепелями и «косыми дождями» приводит к их преждевременному старению. В настоящее время наблюдается положительный тренд как числа дней с обледенением, так и мощности гололедных отложений. Образование наледи на оборудовании и механизмах ГТС также может оказать негативное влияние на их безопасную эксплуатацию.

Особое место среди ГТС занимает Комплекс защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений (КЗС). Помимо защиты Санкт-Петербурга от наводнений и регулирования гидрологического режима в акватории Невской губы, комплекс используется как часть Кольцевой автодороги вокруг Санкт-Петербурга. Таким образом, вместе с воздействием сгонно-нагонных и сейшевых волн Финского залива, формирующих затопление побережья Финского залива и создающих нагрузку на КЗС, на него как на автомагистраль оказывают влияние климатические параметры, учитываемые в дорожном хозяйстве (скорость ветра, гололедо-изморозевые явления и. т. п.).

– При каких условиях создается опасность затопления побережья Финского залива?

– В общем случае затопление возможно в результате действия двух основных факторов: медленных климатических изменений уровня воды за счет современного потепления и обусловленного этим векового повышения уровня Мирового океана и быстрых синоптических изменений уровня при прохождении над заливом циклонических образований, вызывающих штормовые нагоны и наводнения. В последние годы произошел сдвиг повторяемости наводнений с осеннего периода на осенне-зимний. Это, в первую очередь, связано с изменением ледового режима Невы и увеличением зимних температур. При этом увеличивается повторяемость западных и юго-западных ветров, способствующих образованию нагонной волны.

Несмотря на общероссийскую тенденцию к уменьшению средних и максимальных скоростей ветра в последние годы, в Санкт-Петербурге такой закономерности не прослеживается. Напротив, максимальные скорости ветра западного и юго-западного направления имеют некоторую тенденцию к увели чению. Так что нагрузки на КЗС могут возрастать.

– Влияют ли климатические изменения на городские системы водоотведения?

– Централизованные системы водоотведения проектируются и строятся исходя из определенных расчетных значений поступающих сточных вод. В случае выпадения атмосферных осадков для централизованных систем водоотведения штатной считается ситуация, когда в течение 20 минут идет дождь с интенсивностью не более 7,2 мм (т. е. 0,36 мм/мин). Если интенсивность или длительность осадков выше, то такой дождь считается нерасчетным. С учетом результатов наблюдений последнего 30-летия в настоящее время практически ежегодно выпадают дожди интенсивностью 0,41 мм/мин. При этом может возникать локальное подтопление территорий, связанное с необходимостью дополнительного времени для приема поверхностных осадков в систему. Также кратковременные локальные скопления воды образуются на участках с неровным рельефом. В 2016 году зафиксировано 20 случаев выпадения нерасчетных атмосферных осадков, которые спровоцировали подтопления отдельных улиц и вызвали нештатные ситуации на дорогах.

– Какие же климатические условия можно ожидать в городе в будущем?

– По данным региональной климатической модели, разработанной в ГГО, интенсивность осадков к середине XXI века, вероятно, еще более возрастет. Так, например, максимальное количество осадков, выпадающее в течение 1 часа, в районе СПб может возрасти на 20–30%.

– Как наиболее оптимально адаптировать городскую среду к изменившемуся климату?

– В настоящее время правительством Российской Федерации принят Национальный план мероприятий первого этапа адаптации к изменениям климата на период до 2022 года. В частности, там уделяется большое внимание и разработке адаптационных мер для системы ЖКХ на территории России. Однако при этом необходимо учитывать и региональные климатические, физико-географические и социально-экономические условия конкретного субъекта РФ. Для Петербурга одной из важнейших адаптационных мер является модернизация систем водоотведения на основе обновленных нормативных документов в этой области, которые включали бы информацию о наблюдаемых и ожидаемых в будущем климатических изменениях.

Принимая во внимание наблюдаемые и ожидаемые изменения климатических условий в регионе Санкт-Петербурга, а также тот факт, что специализированные климатические показатели в нормативных документах по водоотведению часто рассчитаны только по данным до 1980-х – 1990-х годов, представляется обоснованным обновить климатические показатели с учетом метеорологических данных последних десятилетий, а также детализировать их непосредственно для региона Санкт-Петербурга. Такие меры будут способствовать улучшению экологической ситуации в городе, уменьшению территорий, подвергающихся затоплению и подтоплению, защите водных объектов от загрязнения неочищенными сточными водами, защите инженерных сетей от негативного воздействия климатических факторов.

Анализ климатических изменений в регионе Санкт-Петербурга и их воздействий на городские системы водоотведения и водоочистки проводился в рамках выполнения Программы приграничного сотрудничества «Россия – Юго-Восточная Финляндия, 2014-2020» (проект RAINMAN, посвященный повышению адаптационных возможностей системы управления водными ресурсами в городской среде).