Борьбе с изменением климата на местном уровне

Независимо от проблемы могут быть вызваны изменением климата, инженеры должны будут их решать. Теперь самое время приступить к решению вопросов на местном и региональном масштабах.

Природа в целом, и климата, в частности, не в стационарном состоянии. Ветер, температура, осадки и т.д. меняются со временем. Реальный вопрос заключается не в том, изменения могут быть предотвращены, а в том, человеческой деятельности могут влиять на величину и направление изменения.

Ответ на этот вопрос зависит в значительной степени от того, как стабильной глобальной климатической системы есть. Если система является стабильной в своей основе, сравнительно небольшие возмущения в связи с природными или деятельность человека, будет затухать, и изменения будут, как правило, небольших и относительно короткий срок. Если система является метастабильной, малые возмущения могут привести к катастрофическим изменениям. На основе ответов на крупные извержения вулканов, землетрясения, цунами генерируются и других стихийных бедствий в прошлом столетии, система представляется относительно стабильной - изменения климата были измеримые, но не катастрофическим.

Стабильности в глобальном масштабе нет, конечно, предполагает стабильность на небольших географических масштабах. Если такие параметры, как скорость ветра и осадков, оцениваются по определенной папке, значения имеют тенденцию следовать нормальной статистического распределения, но может проявлять большие колебания вокруг среднего значения. Одним из результатов таких статистических флуктуаций трудности в определении отношения между изменениями климата и причина (ы) об этих изменениях.

Причины могут быть разделены на природные и антропогенные. Прямая естественных причин включать извержения вулканов, удары метеоритов, и других "форс-мажорные обстоятельства". Косвенные причины могут включать в себя землетрясения сдвиг в океанических течений (например, Гольфстрим), что влияет погодные условия для обширного географического региона. Естественные причины могут также циклический характер. Например, изменение солнечной радиации, как известно, главной движущей силой глобальных изменений температуры, но последствия таких изменений на региональном или глобальном климате не может быть определен (хотя какие-либо последствия, кажется, не были катастрофическими в последние несколько тысяч лет ). В настоящее время, есть некоторые доказательства того, что магнитное поле Земли является начало тенденции к сокращению циклической явление, которое не произошло на протяжении более тысячи лет, что может или не может быть значительным (хотя, вероятно, не катастрофического) прямое или косвенное воздействие на климат. Антропогенные причины включают выбросов парниковых газов (ПГ), которые, предположительно, влияют на глобальное потепление, и потребление энергии сосредоточена, в результате чего острова тепла, которые влияют погодные условия локализованных ..

Несмотря на огромное количество комментариев в популярных средствах массовой информации по вопросу глобального потепления и в результате изменения климата, было очень мало места уделяется двум аспектам темы:

* Насколько точны моделей, используемых для предсказания будущих тенденций?

* Что можно сделать уже сейчас, чтобы минимизировать последствия изменения климата, которые могут иметь место 50 лет?

Как учитель, я провел большую часть своего 30-летнего карьеры призвал студентов ставить под сомнение прогнозы любой математической модели, основанной на данных либо сомнительных или спорных теоретических предположений. Как инженер, я имею тенденцию быть меньше обеспокоены обсуждения теоретических причин проблемы, чем найти оптимальное решение проблемы. Вместо того, чтобы продолжить обсуждение причин и последствий глобального потепления, необходимо планировать сегодня для решения проблем, которые могут возникнуть завтра.

Математическое моделирование

Для инженера-химика, это относительно легко определить стационарного глобального энергетического баланса. Предполагая, что есть только один существенный вклад энергии, солнечная энергия, и двумя выходами, отражение падающего излучения и поглощения и переизлучения (в основном в виде инфракрасного излучения), энергетический баланс содержит только две эмпирические константы, средняя потоком солнечной радиации и процент из потока отраженного земли в пространстве (известный как альбедо Земли). Солнечный поток может быть измерена с орбиты, и альбедо Можно предположить, что составит 30% (1). Энергетический баланс, то получается температура Земли 255 К, что примерно температура верхней атмосферы Земли (1).

Это не то же самое, так как температура на поверхности Земли. Часть инфракрасного излучения с поверхности, поглощается водяным паром и других газов в атмосфере и вновь излучается обратно к поверхности. Это называется парниковым эффектом. Один из простых изменений в энергетическом балансе предполагается, что доля ^ (е) инфракрасного излучения на поверхности излучается обратно к земле. Выбирая е = 0,4 (1) [отметить, что полное поглощение инфракрасного излучения будет е = 0,5, потому что половина поглощенной энергии будет по-прежнему излучал от поверхности в earh] приводит к значительно более высокие температуры поверхности, приблизительно 290 K.

К сожалению, не существует такой вещи, как steaay состояния в природе, и атмосфера Земли не может рассматриваться как "черный ящик" без каких-либо изменений температуры или других параметров, либо горизонтально над поверхностью земли или вертикально с поверхности в космос. Более точной теоретической модели для расчета температуры на поверхности Земли гораздо сложнее. Она должна включать не только altitudedependent поглощения излучения атмосферных газов, а также различия в облачности и альбедо в зависимости от положения на поверхности Земли, а также конвективной теплопередачи за счет горизонтального и вертикального градиентов температуры. Модель не может предположить, усредненные по времени стационарного, что не учитывает изменения за день / ночь циклов излучения, сезонные колебания в связи с эксцентричной орбите Земли, а также сравнительно быстрым движением облаков, ветра и морских течений, и т.д. . Облако образование может Важнейшим элементом такой модели, но не точные соотношения для динамичное явление, что в настоящее время не существует.

Кроме того, можно использовать эмпирические, а не теоретический, модели сопоставить экспериментальные данные. Такие модели могут быть очень аккуратным, когда (а) данные хорошо вел себя, (б) все существенные переменные могут быть определены и включены, и (в) несколько эмпирических подгоночных параметров может быть применен, однако, прогнозы, основанные на этой модели очень редко точной или надежной, как тех, которые основаны на теоретических выкладках. Кроме того, возможность точного моделирования изменений глобальной температуры не означает возможность его моделирования климатических изменений. Отдельные причинно-следственной модели следует отнести изменения в местных и региональных изменений температуры в локальных или региональных климата.

Постановка проблемы

Хотя это не может быть оспорено, что глобальная температура была nsing за последние 40 лет, некоторая неопределенность по-прежнему остается (2). Обе величины повышения температуры и темпы роста зависят в определенной степени на данных, приведенных. Однако из-за изменения климата имели место в прошлом и, несомненно, происходит в будущем (3, 4), представляется разумным предположить, что глобальное потепление действительно существует, и рассмотреть вопрос о возможных последствиях такого потепления.

Многие возможные последствия глобального потепления, сообщили в средствах массовой информации - таяние льдов Северного Ледовитого океана, отступление ледников, и так далее. Если предположить, что глобальная температура будет продолжать расти в обозримом будущем, что наиболее серьезные последствия не прогнозируются произойти в течение 50 лет. Более катастрофические последствия изображали в средствах массовой информации вряд ли могут возникать на всех, потому что естественные механизмы управления с обратной связью с большей вероятностью, чем ослабить укрепить такие меры реагирования.

Стоит отметить, что от 800 до 1400 н.э., последние длительный период "глобального потепления", температуры были аналогичны тем сегодняшнего дня и ледники отступили, чтобы дать Гренландии свое название, но на уровне моря вблизи крупных прибрежных городах не намного отличается от чем она является сегодня. Доказательства исторических изменений уровня моря, является ограниченным, но, как представляется, чтобы показать, что увеличивается намного меньше, чем катастрофического уровня представлены в средствах массовой информации (5).

Это, тем не менее, целесообразно рассмотреть некоторые из менее драматические последствия для климата, которые могут быть чувствовал, если глобальное потепление не прекращаются. Тридцать до 50 лет должно быть достаточно времени, чтобы разработать план борьбы с последствиями, если не причиной потепления.

Что может повлечь за умеренные (1-2 м) рост среднего уровня моря? Это тот же порядок, как приливные колебания во многих местах по всему миру. Общее число пострадавших зданий, вероятно, будет небольшой, но, несомненно, будет наблюдаемые эффекты в прибрежных районах. Storm волн затопит большую районах вблизи побережья. Пляжи можно ожидать сокращаться и подорвать быстрее. Строительство фонды могут подорвать. Здания будут также более уязвимы к повреждениям от волн, вызванных ураганами (или любой бури).

Какие могут возникнуть в результате изменений в выпадении осадков? Сельское хозяйство может быть наиболее серьезным последствиям. Если количество осадков уменьшается, производительность может значительно уменьшиться. Если количество осадков увеличивается, особенно в период сбора урожая некоторых культур могут быть повреждены или сбора эффективность может пострадать. Некоторые культуры требуют влажности почвы в узких диапазонах, если эти уровни изменения, земля может не подходить для этих культур. (Следует отметить, что подобные изменения в модель климата могут быть вызваны причинами, не связанными с глобальным потеплением. Например, сдвиг в размещении Гольфстрим в Атлантическом океане, окажут значительное влияние на климат моделей из Новой Англии в Великобритании. )

Переход выпадения осадков может также иметь значительные последствия для некоторых видов государственной инфраструктуры. Многие плотин и других сооружений были построены для контроля наводнений, производство энергии и обеспечить водой для ирригации и чахоточный использования. Уменьшение количества осадков в бассейне за тех плотин может существенно уменьшить количество воды для бытового и промышленного использования. Увеличение может привести к более частым наводнениям. В крайних случаях, существующие плотины и дамбы может произойти сбой приводит к катастрофическим наводнениям (в Новом Орлеане, возникших в результате урагана "Катрина"). В городских районах, увеличение интенсивности осадков может канализацию перегрузки буря, что создает дополнительные проблемы наводнений. Увеличение осадков может привести к более оползней и наводнений в районах, ранее не восприимчивы к этим проблемам.

Повышение грозовой активности, несомненно, приведет к увеличению ущерба собственности, особенно в прибрежных собственности, которые более уязвимы к повреждениям от ветра и штормовой волной. Увеличение строительства (для размещения рост численности населения) в обоих прибрежных районах и внутренних поймы бы таких областях, более уязвимы для экономического ущерба от ураганов. Увеличение ущерба будут смягчены то в связи с изменением строительных норм и правил, уже принятых в некоторых прибрежных районах, но строительные нормы не имеют единой (даже в течение многих государств).

Решение проблем

Если у человека есть высокая температура, врач, как правило, рассмотреть несколько возможных причин возникновения подобных симптомов до назначения курса лечения. К сожалению, тех, кто занимается экологическими проблемами часто предполагают, единственной причиной и проводить единый курс действий без рассмотрения альтернативных вариантов. Инженеры должны инстинктивно искать альтернативные причины, а также альтернативные решения.

Как отмечалось ранее, причины глобального потепления и влечет за собой изменение климата могут быть как физические, такие как увеличение солнечной радиации, перемещение океанских течений из-за небольших сдвигов в земной оси вращения или тектонической активности, или колебания магнитного поля Земли - или антропогенных - такие, как рост городов и другие изменения поверхности земли, что ведет к изменению альбедо Земли и создания острова тепла в связи с концентрированной использования энергии. Практически единственной причиной обсуждались в средствах массовой информации, однако, выбросы парниковых газов, прежде всего водяного пара, углекислого газа и метана.

Потому что это невозможно предотвратить последствия в силу естественных причин и политически нецелесообразным для устранения причин, связанные с ростом населения и потребления энергии, она может быть несколько разумных ограничить обсуждение контроля метана и выбросов углекислого газа, даже если это дело представляет собой относительно незначительный вклад в общую проблему.

Влияние выбросов углекислого газа вряд ли будет значительным, так как поглощение инфракрасного излучения на длине волны двуокиси углерода в уже близка к 100%, и дальнейшее повышение концентрации углекислого газа не может значительно увеличить поглощение. Тем не менее, контроль за выбросами углекислого газа продолжает находиться в центре внимания большинства обсуждения средств массовой информации.

Контроль выбросов метана еще, собственно говоря, не учитываются. Контроль выбросов метана из болот или деятельности человека и животных, вероятно, будет непрактично (политически, если не экономически). Там могут быть некоторые значения в попытке ограничить неконтролируемых выбросов метана из буровых работ. В настоящее время большинство природного газа в добыче нефти не учитывается (из-за отсутствия трубопроводов или сжижение номера), но выпускается в атмосферу или вспыхнул. К сожалению, большинство неконтролируемых выбросов не в пределах территориальных границ Соединенных Штатов и, следовательно, не являются предметом регулирования правительства США.

В медицине это не всегда нужно лечить причину медицинская проблема, если это возможно, чтобы просто лечить симптомы. Например, трудно лечить вирусные инфекции, но симптомы простуды, такие как синус заторов, кашель, лихорадка и т.д., можно лечить с помощью внебиржевой лекарств.

Кроме того, она может быть более важным, чтобы попытаться смягчить некоторые последствия изменения климата, независимо от основных причин (ы). Как и в любой инженерных проблем, решение должно учитывать экономические и политические, а также технические вопросы и должны уделять первостепенное внимание возможных действий. Приоритет, безусловно, должна уделять мерам, которые обеспечивают максимальную выгоду при минимальных затратах (как экономические, так и социальных).

Я считаю, что самые серьезные последствия (социальные и политические, а также экономических), изменения климата, в частности, глобальные выпадения осадков, будет по сельскому хозяйству. Последовательные засушливые годы может привести к экономической несостоятельности малых ферм и привести к широкомасштабной миграции из сельскохозяйственных районов в города, как это случилось с миграцией из чаши пыли Оклахома в Калифорнию в 1930 году.

Эти явления происходят независимо от глобальной температуры, однако, и, как правило, региональном, а не глобального по своему воздействию. Кроме того, социальные и экономические последствия сегодня ограничена из-за существования всемирной сети распределения, способных доставлять излишки продовольствия из одного региона в другой. Есть и более доступные варианты фермеров сегодня с точки зрения изменения культуры, чтобы лучше соответствовать осадков. Кроме того, иностранная помощь, предоставляемую развивающимся странам для финансирования ирригационных проектов и других программ, направленных на смягчение экономических потрясениях.

Социальных и экономических потрясений, скорее всего, ограничивается доля от общей численности населения в мире и быть региональным, а не национального или глобального масштаба. Там, возможно, поэтому, немного долгосрочного планирования, необходимых для решения этих эффектов. Хотя влияние на сельское хозяйство может быть большим, смягчения этих последствий, возможно, нужно будет поручить более низкий приоритет.

Крупнейших (в основном) экономические последствия, вероятно, будет буря связанных ущерб, особенно в floodprone областях. Есть несколько действий, которые могут быть приняты сегодня, чтобы ограничить такие повреждения в будущем.

Во-первых, как показали недавние ураганы, повреждение структуры, построенные в соответствии строительных норм и правил, направленных на минимизацию ущерба от ураганными ветрами, как правило, незначительными по сравнению с взрослыми повреждения структур. Таким образом, строительных норм и правил во все регионы страны должны быть изучены. Хотя более строгие-коды увеличить расходы на новое строительство, на добавленную стоимость является небольшой по сравнению с затратами на ремонт. Кроме того, поскольку коды применяются в первую очередь новое строительство, расходы будут распределены в течение следующих 40 или 50 лет.

Во-вторых, последние ураганы, показали, что более ущерб нанесен наводнением, особенно из-за штормовой нагон воды, чем ветер. С ростом населения вырос за последние 50 лет, объем промышленного и жилищного строительства в районах, которые могут наводнений во время экстремальных событий буря, резко возросло. Правительство, как правило, такие поощрения строительства (что увеличивает налогооблагаемую стоимость такого имущества) путем изменения зонирования (от низкой до высокой плотности), снижение требований неудачу, субсидирование страхования и т. д. В результате урагана возросло, но с еще более -строгие строительные нормы и правила. Этот тип экономические последствия могут быть минимизированы, чтобы обратить вспять нынешние политики правительства и предотвращение нового строительства на подверженных наводнениям собственности. Конечно, это может быть очень сложным в политическом отношении.

В-третьих, о чем свидетельствует урагана "Катрина", существующие (и старения) ливневой-инфраструктур управления может быть склонным к катастрофической неудачей, если подвергаются более мощные бури, чем оригинальный дизайн ожидалось. Это относится к внутренним, а также прибрежные районы. Эти проблемы еще более усугубляются ростом строительства в районах, подверженных наводнениям, и в результате изменений в дренажа. Если увеличение интенсивности осадков, ливневых систем управления (сточные воды, сохранения прудов и т.д.), будут более склонны к провалу, даже во внутренних районах. Кроме того, во многих районах полагаться на противопаводковых дамб, плотин особенно земляные, построенные с дизайном жизни, которые уже были превышены. Он должен быть одним из приоритетов США Инженерный корпус армии и другие пересмотреть адекватность таких структур. Хотя затраты на ремонт или замену их, как правило, очень велика, планирование должно начаться сегодня, а не ждать неизбежного провала таких структур 20 или 50 лет.

Позже

Обсуждаемых здесь вопросов необходимо решать на местном уровне, либо в большинстве региональных, учреждений, а не национальных или международных органов.

Профессиональная этика требует, чтобы инженеры место более высокий приоритет на благосостояние широких слоев населения, чем на личные и проблемы работодателей. Это иногда требует, чтобы мы говорим о вопросах государственного и добавить нашей точки зрения в этой дискуссии.

Причин изменения климата может быть нецелесообразным для предотвращения, но некоторые эффекты, будь то катастрофических или незначительно, могут быть решены. Средства массовой информации, вероятно, сделали общественного медвежью услугу, ограничение дискуссий выбросов двуокиси углерода и драматизации вопроса с точки зрения вряд ли катастрофические последствия. Есть менее серьезные, локализованные последствия, которые могут быть смягчены путем рационального планирования сегодня и которые должны быть в центре общественной дискуссии. Кроме того, такие изменения mfrastructure будут необходимы для размещения роста численности населения или нет изменения климата происходят. Возможно, настало время, что инженеры требованием быть услышанными.

ЛИТЕРАТУРА

1. Харт, J., "Рассмотрим сферическую Корова", Уильям Kauffmann, Inc, Лос-Альтос, штат Калифорния (1985).

2. Робинсон, Б. и др. в., "Экологические последствия роста углекислого газа в атмосфере", Журнал американских врачей и хирургов. 12. с. 79-90 (2007).

3. Национальная академия наук, "Что такое изменении климата, Программа действий", NAS, Вашингтон, округ Колумбия (1975).

4. Хотон, JT и др.. "Доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата", Пер. Press, Cambridge, Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии (1995).

5. Сиван Д., и др.. "Старинные прибрежных Уэллс Caearea маритима. Израиля, и индикатор относительной уровнем моря изменения в течение последних 2000 лет," Земля и планет Письма наук, 222, с. 315-330 (2004).

PAUL А. Дженнингс

FLORIDA ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИЙ

PAUL А. Дженнингс возглавляет кафедру химической технологии во Флориде технологического института (150 Вт университет ул. Мельбурн, FL 32901, телефон: (321) 674-7561), факс: (321) 674-7565; Электронная почта: <a href="mailto:jennings@fit.edu"> jennings@fit.edu </>; Веб-сайт: <A HREF = "http://che.flt.edu" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> http://che.flt.edu </ A>). Его исследовательские интересы лежат в основном в области биологических реакторах и мембранные процессы разделения. Он получил степень магистра в области химического машиностроения и степень доктора философии в области природоохранной инженерии из Univ. Иллинойс и степень бакалавра в области химического машиностроения Clarkson Univ. Он был профессиональным инженером зарегистрированные в штате Флорида. Он был членом Айше с 1968 года.