Хансен, Джеймс

Хансен родился в городе Денисон, штат Айова, в семье Джеймса Айвена Хансена и Глэдис Рэй Хансен^[9]. Получил образование в Университете Айовы, где занимался изучением физики и астрономии. В 1963 году Хансен получил степень бакалавра наук с отличием по физике и математике, в 1965 году стал магистром наук по астрономии, а в 1967 году защитил докторскую диссертацию по физике.

Во время обучения, с 1962 по 1966 год, Хансен проходил стажировку в НАСА. В 1965—1966 годах занимался исследованиями в Институте астрофизики Киотского университета и на кафедре астрономии Токийского университета. В 1967 году он начал работать в Институте космических исследований имени Годдарда^[10].

После окончания аспирантуры Хансен продолжил работу с моделями переноса излучения для изучения атмосферы Венеры. В дальнейшем он использовал такие модели для анализа атмосферы Земли, в частности, влияния аэрозолей и малых газовых примесей на климат. Разработка и применение глобальных климатических моделей позволила Хансену глубже понять процессы, происходящие в атмосфере Земли.

Хансен активно занимался популяризацией науки. В 2009 году он опубликовал свою первую книгу «Storms of My Grandchildren» и статью «Глаз бури» в журнале Nature^[11]. В 2012 году выступил на конференции TED Talks с докладом «Почему я должен говорить об изменении климата»^[12].

В период с 1981 по 2013 год Хансен возглавлял в НАСА Институт космических исследований имени Годдарда. В 2014 году Хансен стал руководителем Программы по климатологии, осведомлённости и решениям в Институте Земли Колумбийского университета^[13]. Данная программа направлена на объединение различных областей: от развития фундаментальной климатологии до повышения уровня информированности общественности и поддержки политических мер, направленных на борьбу с изменением климата.

В студенческие годы Хансен проявлял интерес к науке и исследованиям, которые проводились в рамках программы Джеймса Ван Аллена по космической физике и астрономии в Университете Айовы. Затем его исследовательский фокус сместился в сторону сравнительной планетологии, в частности, изучения атмосферных процессов. Данное направление работ впоследствии легло в основу его исследований антропогенного влияния на климат Земли и трансформации атмосферного состава^[14].

Ключевым направлением его научной деятельности стало моделирование переноса излучения в планетарных атмосферах. Хансен разработал методы интерпретации данных дистанционного зондирования атмосферы и поверхности Земли со спутников, что позволило создать глобальную систему мониторинга климатических изменений. Кроме того, под его руководством были созданы усовершенствованные модели общей циркуляции, которые стали основным инструментом для анализа климатических тенденций и диагностики антропогенного воздействия на климат^[14].

В конце 1960-х — начале 1970-х годов Хансен опубликовал серию фундаментальных работ, посвящённых атмосфере Венеры. Он выдвинул гипотезу, объясняющую аномально высокую яркостную температуру планеты в радиочастотном диапазоне наличием аэрозольного слоя, который удерживает тепло внутри планеты^[15]. Его исследования привели к формированию теории об эволюции климата Венеры, согласно которой несколько миллиардов лет назад условия на планете могли быть сходны с земными — на поверхности планеты, вероятно, было много жидкой воды, однако испарение океанов вызвало неконтролируемый парниковый эффект, который привёл к накоплению в атмосфере большого количества парниковых газов.

Основное внимание в своих исследованиях Хансен уделил изучению состава облаков Венеры. Учёный провёл комплексный анализ отражательной способности предполагаемых ледяных облаков в ближнем инфракрасном диапазоне и сравнил полученные спектральные характеристики с данными независимых наблюдений. Результаты показали качественное соответствие экспериментальных данных теоретическим моделям^[16]. Он также смог применить модель переноса излучения, чтобы определить максимально возможный размер ледяных частиц в случае, если облака действительно состоят изо льда^[17].

К 1974 году научное сообщество ещё не пришло к единому мнению относительно состава облаков Венеры. Выдвигались различные гипотезы, включая наличие жидкой воды и водных растворов хлорида железа. Однако Хансен и Ховенье смогли определить свойства облаков Венеры, используя метод поляризации солнечного света, отражённого от поверхности планеты^[18]. Они установили, что облака имеют сферическую форму, а также определили показатель преломления и эффективный радиус облачной капли, что позволило исключить все альтернативные гипотезы о составе облаков, кроме гипотезы о серной кислоте. Дальнейшие исследования Хансена вместе показали, что видимые облака представляют собой рассеянную дымку, а не плотное облако^[19].

В мае 1978 года был осуществлён запуск космической миссии «Пионер Венера», которая достигла Венеры в конце того же года. В 1979 году в журнале Science опубликованы результаты исследований коллектива авторов, включая Хансена, основанные на данных ультрафиолетового спектрометра аппарата. Проведённый анализ выявил сложную трёхкомпонентную структуру облачного покрова:

1. Верхний слой субмикрометровой дымки.
2. Основной облачный слой из частиц серной кислоты радиусом ∼1 мкм.
3. Нижний ярус из неизвестного УФ-поглощающего материала^[20].

Последующие исследования 1980-х годов уточнили химический состав облаков, установив преимущественное содержание диоксида серы и капель серной кислоты различной концентрации^[21].

В 1981 году научная группа Института космических исследований имени Годдарда при НАСА под руководством Джеймса Хансена провела исследование глобальной температуры Земли. Они проанализировали данные о температуре воздуха у поверхности Земли, полученные на метеорологических станциях, за период с 1880 по 1985 год, и обнаружили, что данные о температуре на станциях, расположенных на расстоянии не более 1000 километров друг от друга, имеют высокую степень корреляции, особенно в средних широтах, что позволило объединить данные со станций для получения более точных долгосрочных изменений. Учёные установили, что за предшествующее столетие температура поднялась на 0,5—0,7 °C, причём потепление происходило одинаково в обоих полушариях^[22].

В 1991 году произошло извержение вулкана Пинатубо, после чего в 1992 году наблюдалось снижение глобальной температуры. Некоторые учёные прогнозировали долгосрочное снижение температуры, однако последующие данные показали обратную тенденцию^[23][24]. В 1999 году был проведён анализ, который показал, что 1998 год стал самым тёплым за всю историю инструментальных наблюдений, которые начались в 1880 году. Это подтвердило устойчивый характер антропогенного изменения климата, сохраняющегося несмотря на мощные природные возмущения^[25].

В 2001 году методика расчёта глобальной температуры была существенно усовершенствована. Проведена комплексная коррекция данных с учётом:

• погрешностей времени наблюдений;
• изменений в истории метеостанций;
• разделения станций на городские и сельские;
• уточнения алгоритмов.

Анализ выявил чёткие признаки локального потепления в городах, пригородных зонах и малых населённых пунктах, что подтвердило эффект урбанизации на микроклимат^[26].

В 1998 году глобальная температура достигла аномально высокого уровня, что было вызвано явлением Эль-Ниньо. В последующие годы наблюдалось кратковременное снижение.

В 2006 году обновлённый анализ данных показал увеличение глобальной температуры на 0,8 °C по сравнению с 1906 годом. Исследование окончательно опровергло гипотезу о преобладающем влиянии эффекта городского острова тепла на глобальные температурные тренды^[27]. Другим доказательством антропогенного характера потепления являются региональные различия: более значительное потепление наблюдается в более высоких широтах^[28].

В 2010 году Хансен опубликовал статью под названием «Глобальное изменение температуры поверхности», в которой представил результаты анализа глобальной температуры^[29].

Хансен также активно занимался изучением влияния выбросов чёрного углерода на региональный климат. В 2002 году он совместно с Меноном и его коллегами опубликовал статью, в которой учёные, основываясь на результатах наблюдений и климатических моделях, пришли к выводу, что чёрный углерод способствует нагреванию воздуха, усилению конвекции и увеличению количества осадков, а также приводит к более сильному охлаждению поверхности, чем если бы аэрозоли были сульфатами^[30].

Анализ выбросов чёрного углерода показывает, что в 1880-х годах, после начала промышленной революции, наблюдался их стремительный рост. Однако с 1900 по 1950 год, когда были приняты законы об охране окружающей среды, данный показатель стабилизировался^[31].

Рамочная конвенция Организации Объединённых Наций об изменении климата представляет собой важный международный договор, направленный на защиту окружающей среды. Конвенция устанавливает рамки для стабилизации концентраций парниковых газов в атмосфере на уровне, предотвращающем опасное антропогенное воздействие на климатическую систему.

В 2000 году Хансен предложил альтернативную точку зрения на глобальное потепление за предшествующее столетие. Согласно его исследованиям, наблюдаемое повышение глобальной температуры на 0,74±0,18 °C стало результатом сложного баланса противоположных факторов: охлаждающего влияния атмосферных аэрозолей и нагревающего эффекта парниковых газов. Он утверждал, что в этот период негативное влияние аэрозолей и положительное воздействие углекислого газа (CO₂) в значительной степени компенсировали друг друга. В результате чистое повышение средних глобальных температур на 0,74±0,18 °C можно объяснить увеличением концентрации не только углекислого газа, но и других парниковых газов, таких как метан и хлорфторуглероды^[32].

В 2003 году Хансен опубликовал статью под названием «Можем ли мы обезвредить бомбу замедленного действия, связанную с глобальным потеплением?», в которой предположил, что антропогенное воздействие может привести к серьёзным климатическим изменениям в долгосрочной перспективе. Он подчеркнул, что необходимые меры не только помогут предотвратить катастрофу, но и принесут пользу здоровью людей, сельскому хозяйству и окружающей среде^[34].

В 2004 году во время выступления в Университете Айовы Хансен рассказал, что высокопоставленные государственные чиновники попросили его не упоминать о негативном воздействии деятельности человека на климат, поскольку нет единого мнения о том, что подразумевается под словом «негативно» и как именно люди влияют на климат^[35].

Хансен и его коллеги предположили, что среднегодовая глобальная температура может служить надёжным индикатором опасного антропогенного влияния на климатическую систему. Они выделили два ключевых аспекта, которые, по их мнению, заслуживают особого внимания при обсуждении данной проблемы: повышение уровня моря и вымирание видов. Авторы описали два возможных сценария^[28]:

• обычный сценарий. Выбросы парниковых газов растут примерно на 2 % в год. При таком развитии событий уровень моря может повышаться на 1 метр в столетие, что создаст проблемы для густонаселённых прибрежных районов. Однако это будет гораздо менее значительным по сравнению с повышением уровня моря на 10 метров, которое ожидается при обычном сценарии;
• альтернативный сценарий. Концентрация парниковых газов снижается. В таком случае уровень моря может повышаться всего на 1 метр в столетие, что, хотя и вызовет проблемы, будет менее критичным по сравнению с повышением на 10 метров при обычном сценарии.

В начале XX века Вильгельм Бьеркнес, норвежский метеоролог, приступил к созданию современной модели общей циркуляции атмосферы. Однако из-за низкой производительности первых компьютеров и отсутствия точных данных наблюдений разработка модели продвигалась медленно^[36]. Только в 1950-х годах, когда появились более мощные вычислительные машины, модели стали более реалистичными. Одним из первых, кто внёс свой вклад в развитие численных климатических моделей, был Хансен. В 1974 году он опубликовал модель GISS^[37].

В 1981 году Хансен и его коллеги из Годдарда опубликовали научную работу, в которой пришли к выводу, что увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере вызовет потепление раньше, чем предполагалось. Они использовали одномерную радиационно-конвективную модель, которая позволяет рассчитать изменение температуры в зависимости от высоты. Учёные заявили, что результаты их 1D-модели были аналогичны результатам более сложных 3D-моделей и могли имитировать ключевые процессы, связанные с изменением климата. Хансен предположил, что повышение температуры из-за климатических изменений начнётся уже в 1990-х годах^[38][39].

К началу 1980-х годов развитие компьютерных технологий и улучшение климатических моделей позволили проводить более длительные эксперименты. В новых моделях использовались физические данные, которые не учитывались в предыдущих уравнениях, например, схемы конвекции, суточные изменения и расчёты глубины снежного покрова^[40].

В 1988 году Хансен опубликовал первый прогноз климата, созданный с помощью модели общей циркуляции^[41]. Он пришёл к заключению, что в последующие десятилетия глобальное потепление достигнет уровня, сравнимого с эемским межледниковем. Повышение температуры на 0,4 °C выше среднего уровня 1950—1980 годов будет неоспоримым доказательством того, что потепление имеет антропогенное происхождение^[42].

В 2006 году Хансен и его коллеги провели анализ, сопоставив реальные наблюдения с прогнозами, сделанными в 1988 году. Они выяснили, что промежуточный сценарий оказался наиболее точным. Оценка климатической чувствительности была завышена, однако расчёты всё же совпали с фактическими данными, поскольку были учтены последствия трёх извержений вулканов^[28].

В 2000 году Хансен опубликовал статью под названием «Глобальное потепление в XXI веке: альтернативный сценарий», в которой он уделил особое внимание парниковым газам, не содержащим CO₂, и чёрному углероду, и предложил использовать их в краткосрочной перспективе для борьбы с глобальным потеплением^[43].

В статье, опубликованной в 2007 году, Хансен, основываясь на данных о палеоклимате, рассуждал о возможных последствиях «мгновенного» таяния льдов^[44]. Геологические данные показывают, что лёд на полюсах не тает постепенно — он внезапно переходит из одного состояния в другое^[45]. Хансен отметил, что такие прогнозы носят неопределённый характер. Он пришёл к заключению, что хотя точно определить опасный уровень антропогенных парниковых газов невозможно, этот уровень гораздо ниже, чем принято считать^[44].

В 2013 году Хансен опубликовал статью под названием «Изменение климата, уровень моря и углекислый газ в атмосфере», в которой он оценил, насколько климат может измениться в результате повышения температуры на 3 ± 1 °C, основываясь на данных о климате прошлого. В работе также был сделан вывод о том, что использование всего ископаемого топлива может сделать большую часть планеты непригодной для жизни людей^[46].

В 2016 году группа учёных, возглавляемая Хансеном, опубликовала исследование под названием «Таяние льдов, повышение уровня моря и сильные штормы: палеоклиматические данные, климатическое моделирование и современные наблюдения свидетельствуют о том, что глобальное потепление на 2 °C может представлять серьёзную угрозу». В статье рассматривалось влияние талой воды, стекающей с ледяных щитов, на циркуляцию Атлантического океана: она может привести к замедлению или даже остановке течения, а также к изменению образования донных вод в Антарктике. Такие изменения могут ускорить таяние ледяного покрова и повысить уровень моря за счёт повышения температуры воды на глубине сотен метров. Это, в свою очередь, может привести к таянию шельфовых ледников снизу. Кроме того, прохладная пресная талая вода в океане вблизи Гренландии и Антарктиды может вызвать увеличение разницы температур между тропическими и средними широтами и привести к возникновению таких же сильных штормов, как во время последнего эемского межледниковья^[47].

В 2023 году Хансен и его коллеги опубликовали научную работу под названием «Глобальное потепление на подходе». Они выяснили, что удвоение содержания углекислого газа в атмосфере приведёт к повышению температуры на 4,8 ± 1,2 °C, что значительно превышает предыдущие оценки. Кроме того, учёные обнаружили, что снижение глобальных выбросов аэрозолей в результате загрязнения воздуха ускорит темпы глобального потепления

Команда Хансена также пришла к выводу, что снижение глобальных выбросов аэрозолей из-за загрязнения воздуха ускорит темпы глобального потепления. По их расчётам, температура будет повышаться на 0,18 °C за десятилетие с 1970 по 2010 год и на 0,27 °C за десятилетие после 2010 года. Это означает, что мир может достичь порогового значения в 1,5 °C к концу 2020-х годов и 2 °C к 2050 году без существенных изменений в климатической политике^[48][49].

• Медаль Роджера Ревелла (2001).
• Премия Дэна Дэвида (2007).
• Премия Лео Силарда (2007).
• Лекция Бьеркнеса, Американский геофизический союз (2008).
• Медаль Невады (2009).
• Медаль Карла Густава Росби за научные исследования Американского метеорологического общества (2009).
• Премия Голубая Планета (2010).
• Премия Софии (2010).
• Премия Стивена Шнайдера за выдающиеся достижения в области науки о климате (2012).
• Эдинбургская медаль(2012).
• Премия Риденаура (2013).
• Премия фонда BBVA «Границы знаний» (2016).
• Премия Тан (2018).