Извержение вулкана Пинатубо, сфотографированное с базы ВВС США «Кларк» 12 июня 1991 года. Это единственное природное явление, оказавшее значительное влияние на атмосферу Земли в период с 1979 по 2005 год. (Фото USGS.)
«КЛ» как-то уже писала о попытках сделать так, чтобы климатические модели максимально точно отражали процессы, управляющие климатом. Новая статья демонстрирует, каким образом такие модели помогают понять, что в действительности происходит с планетой. В этом смысле климатические модели ничем не отличаются от астрофизических и моделей тектоники плит: все они описывают процессы, которые невозможно воспроизвести в лабораторных условиях, но относительно которых собраны некоторые данные.
В нашем случае множество факторов (от стохастических процессов до круговорота течений в океане) создаёт кратковременную вариативность климатической системы, которую имеет смысл рассматривать как шум. В отношении суперпозиции к этим факторам находятся так называемые сигналы — значительные изменения, которые приводят к многолетним переменам климата. Их зачастую называют климатообразующими факторами (forcings), ибо они вводят климат в новое равновесное состояние. Десятилетия исследований позволили выделить такие климатообразующие факторы, как колебания солнечной активности, извержения вулканов и изменение концентрации парниковых газов. Атрибутивные штудии просто ещё раз рассматривают эти факторы в попытке определить, какие из них вызвали недавние перемены в климатической системе.
Атрибуция возможна, ибо климатообразующие факторы воздействуют на атмосферу чётко выраженными способами (как любят выражаться англоязычные учёные, они оставляют «отпечатки пальцев», fingerprints). Например, истощение озона в стратосфере охлаждает её, ибо озон — парниковый газ, то есть такой, который улавливает тепло. Напротив, сильные извержения вулканов выбрасывают в атмосферу большое количество материала, и некоторые из частиц поглощают солнечный свет, что ведёт к нагреванию стратосферы. Но вулканы не только компенсируют потерю озона: другие частицы вулканического материала отражают свет, не давая ему проникнуть в нижние слои атмосферы (тропосферу), тем самым их охлаждая. Таким образом можно приписать (атрибутировать) наблюдаемые изменения разным климатообразующим факторам.
Авторы нового исследования сопоставили спутниковые данные, дающие трёхмерную картину атмосферы, с детальными и общими сведениями о температуре. Результаты сравнили с показаниями нескольких климатических моделей, которые запускали с разными начальными условиями, когда в качестве климатообразующих факторов выступали только солнечная активность, только вулканы или все виды человеческого воздействия (выбросы парниковых газов, аэрозолей, истощение озона). Проведено также моделирование с учётом лишь естественных и только антропогенных воздействий, а затем и тех и других.
Проследив тенденции большой порции спутниковых данных (с января 1979 по декабрь 2005 года), исследователи смогли показать, что солнечная активность не оказала почти никакого влияния на климат (и это логично, ибо в данный период солнечная активность не особенно изменилась). За исключением Пинатубо, не было никаких сильных извержений. И в сухом остатке естественное воздействие оказалось минимальным: очень слабое охлаждение стратосферы за пределами полюсов и столь же слабое потепление в нижних слоях атмосферы.
Этот результат очень плохо сочетается со спутниковыми данными, которые говорят о сильном охлаждении стратосферы, достигающем даже верхней тропосферы. Напротив, в нижней тропосфере заметно потеплело, особенно ближе к Северному полюсу, тогда как над Антарктидой воздух прогрелся незначительно.
И намного лучше, прекрасно сочетаются данные наблюдений с показаниями моделей, в которых антропогенные климатообразующие факторы были единственными. Они говорят о сильном охлаждении стратосферы над обоими полюсами и более слабом похолодании в других её частях, а также о потеплении в нижних слоях атмосферы, причём в Арктике температура повысилась особенно сильно. При объединении естественного и антропогенного воздействия совпадение со спутниковыми данными оказалось ещё более чётким. Отсюда авторы заключают, что именно человеческая деятельность является главной причиной атмосферных изменений последних десятилетий.
Конечно, совпадение не идеальное. Модели недооценивают охлаждение стратосферы и переоценивают потепление в нижних слоях атмосферы. Кроме того, в отличие от модели, наблюдаемые данные говорят о более сильном потеплении в Арктике.
Возникает вопрос о степени человеческого влияния на атмосферу. Статистические расчёты говорят о том, что она высока. Но авторы идут ещё дальше, представляя в количественной форме шум (краткосрочную вариативность климата) и показывая, что (кроме небольшого периода в районе извержения Пинатубо) сигнал антропогенного воздействия возвышается над шумом естественной изменчивости.
Авторы убеждены, что полученные результаты надёжны, несмотря на все неопределённости, свойственные моделям и наблюдениям.
В общем, ничего нового, просто выполнен более аккуратный анализ того, что анализировалось уже много раз. Тем не менее это хорошее напоминание о том, по итогам какой работы сотрудники МГЭИК приходят к своим выводам.
Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.
Подготовлено по материалам Ars Technica.
