61. Антропогенные изменения и моделирование климата
Как известно, современные изменения климата происходят за счет изменений состояния внешних факторов и внутренних причин. Это общие представления, однако, на отдельном временном отрезке эволюция климата может определяться каким-либо специфическим набором факторов.
Рост температуры у поверхности Земли (современное глобальное потепление) и уменьшение температуры в нижней стратосфере, происходящие параллельно с ростом содержания СО2 и других парниковых газов, являются одним из центральных доводов в пользу концепции антропогенных изменений современного климата.
Однако, с другой стороны, факту потепления найдено объяснение с точки зрения изменения солнечной постоянной. Кроме того, анализ данных об изменениях климата за последние 1000 лет показал, что потепление климата в XX в. должно было произойти и без антропогенного влияния, поскольку еще в доиндустриальную эпоху завершился Малый ледниковый период, и температура ощутимо начала возрастать задолго до начала промышленной революции [3].
Продолжительность данных наблюдений недостаточна для того, чтобы однозначно сказать, что потепление будет продолжаться и далее.
Для того чтобы установить значимость различных климатообразующих факторов (изменение солнечной постоянной, вариации парниковых газов и аэрозолей), естественно воспользоваться результатами математического моделирования климата (рис. 23). В первом случае изучался отклик модельного климата на задаваемое (в соответствии с данными наблюдений) нарастание солнечной постоянной и вариации оптической толщины стратосферного аэрозоля, обусловленные вулканическими извержениями.
Рис. 23. Сопоставление наблюдаемых изменений температуры
(Средних за год, глобально осредненных – черная линия) с результатами моделирования (серый фон), полученными при учете изменений [3]:
а – солнечной постоянной и вулканического аэрозоля; б – углекислого газа
и серосодержащих аэрозолей антропогенного происхождения; в – совместного
влияния естественных и антропогенных факторов
Во втором случае учтены только измерения парниковых свойств атмосферы и планетарного альбедо за счет парниковых газов и серосодержащих аэрозолей антропогенного происхождения. Третий случай представляет собой общий эффект естественных и антропогенных факторов.
Результаты моделирования сопоставлены с данными наблюдений на рис. 23. Прежде всего, обращает на себя внимание тот факт, что в третьем случае модельный ход температуры в главных чертах напоминает реальный – модель воспроизвела тренд температур и вариации температуры в XX в. Причем рост температур достигнут за счет увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере, частично компенсируемого сульфатным аэрозолем.
Сам по себе факт воспроизведения моделью основных черт современного климатического режима является важным доводом в пользу концепции антропогенных изменений климата, но полным доказательством этого обстоятельства служить не может. Поэтому существуют попытки поиска иначе построенных доказательств антропогенного влияния на климат.
Их общая идея заключается в том, чтобы показать, что современный климатический режим коренным образом отличается по своим статистическим показателям от климата предшествующих эпох. Это может служить признаком того, что в действие вступил иной климатообразующий фактор (антропогенный), влияния которого в прошлом не было.
Один из интересных результатов в рамках данного направления получен на основе изучения согласованности пространственного распределения модельных и наблюдаемых полей. Реальная атмосфера представляет собой сложную систему, способную генерировать внутренний шум. Модели воспроизводят режим с похожей на реальную ритмичность аномалий разных знаков и их амплитуд, но, как правило, с совершенно несогласованным поведением фаз [3].
Это означает, что коэффициент корреляции между двумя пространственными картинами аномалий метеорологических полей – модельной и реальной – должен быть близок к нулю. Однако если в модельной и реальной атмосфере появляется один и тот же сильный фактор, управляющий их поведением, то проявление «отклика», сигнала на фоне шума, будет одинаково как в модели, так и в реальности. И если его влияние со временем нарастает, то будет увеличиваться и пространственная схожесть распределения аномалий. При этом коэффициент пространственной корреляции должен быть положительным и увеличиваться со временем.
Эта идея была проверена (рис. 24). Получилось, что в последние 50 лет под влиянием увеличения содержания парниковых газов и аэрозоля происходит рост коэффициента корреляции между реальной обстановкой и модельными аномалиями.
Эти результаты вновь дают основание к выводу о том, что современная климатическая обстановка складывается под влиянием антропогенных факторов. Пока что оно не является определяющим – об этом говорят малые абсолютные значения коэффициентов корреляции.
В [3] приводится подход поиска доказательств существования антропогенного влияния на климат. Показано, что ведущую роль в формировании аномалий играет северное полушарие.
Более того, статистический анализ показал, что определенность данной связи нарастает в последние несколько десятилетий. Это интерпретируется как проявление антропогенного влияния, поскольку все важнейшие его источники сосредоточены именно в северном полушарии.
Рис. 24. Поведение во времени пространственного коэффициента корреляции междуаномалиями температуры в реальной атмосфере в конкретный год