Science: Высокая чувствительность климата одной из моделей CMIP6 не подтверждается палеоклиматологией
Равновесная чувствительность климата (РЧК) является долгосрочным ответом глобальной средней температуры поверхности на удвоение концентрации CO2 в атмосфере. Существует очень грубое ограничение с «вероятным» диапазоном 1,5–4,5°C, практически не изменившимся за последние 40 лет. Десять из двадцати семи доступных климатических моделей, участвующих в фазе 6 Проекта CMIP6, имеют РЧК выше верхнего предела этого диапазона, в отличие от двух из двадцати восьми Моделей CMIP5. Например, РЧК в модели Community Earth System Model version 2 (CESM2) – модели CMIP6 – составляет 5,3°С. Определение реалистичности этого высокого РЧК имеет первостепенное значение для оценки будущего климата и разработки эффективных стратегий и планов адаптации. Без исторического эталона РЧК для тестирования моделей CMIP6, их можно сравнить с прошлыми тёплыми периодами, такими как климатический оптимум раннего эоцена, период устойчивого высокой глобальной средней температуры поверхности ~ 53–50 млн. лет назад. Авторы моделируют климатический оптимум раннего эоцена, используя CESM2, они обнаружили, что полученная высокая РЧК не подтверждается геологическими данными. Их моделирование включает в себя последние реконструкции граничных условий климатического оптимума раннего эоцена, включая палеогеографию, свойства растительного покрова и поверхности Земли. Реконструкции СО2 в атмосфере за прошедшие времена, которые предшествовали записям из ледяных кернов, основаны на геохимических и палеоботанических факторах и имеют большую неопределённость; По оценкам, значения климатического оптимума раннего эоцена составляли ≥ 1000 млн-1 (ppm) (уровень достоверности 95%), с наилучшей оценкой 1625 ± 760 ppm (доверительный интервал 95%) ~ 3–9 × доиндустриального CO2 (piCO2) значения, равного 285 ppm. Авторы провели моделирование климатического оптимума раннего эоцена с уровнями 1 ×, 2 × и 3 × piCO2 и сравнили смоделированную глобальную среднюю температуру поверхности и меридиональный градиент температуры поверхности моря (в процентах от доиндустриального значения) в своих расчётах с последними косвенными оценками (29 ± 3°C и 69 ± 13% соответственно; доверительный интервал 95%). С 3 × piCO2, в нижней части диапазона прокси CO2, смоделированная глобальная средняя температура поверхности равна 37,5°C, что на 5,5°C больше, чем верхний предел оценок температуры прокси. Кроме того, смоделированная тропическая температура суши превышает 55°C, что намного выше температурного допуска фотосинтеза растений и противоречит ископаемым свидетельствам эоценового неотропического тропического леса. CESM2 имитирует глобальную среднюю температуру поверхности климатического оптимума раннего эоцена 29,9°C и меридиональный градиент температуры поверхности моря 86% с 2 × piCO2, уровень значительно ниже диапазона прокси и слишком крутой. Глобальная средняя температура поверхности в CESM2 значительно выше, чем результаты с использованием её предшественников, CESM1и CCSM4. В моделировании климатического оптимума раннего эоцена с помощью CESM1 с 6 × piCO2 глобальная средняя температура поверхности составляет 29,8°C, а меридиональный градиент температуры поверхности моря 76%, что хорошо согласуется с доказательствами по достоверности. В CCSM4 уровни CO2 16 × piCO2 необходимы для достижения глобальной средней температуры поверхности климатического оптимума раннего эоцена, значения, которые намного выше, чем оценки по достоверности. Чувствительность к климатическим воздействиям, не связанным с CO2 климатического оптимума раннего эоцена - палеогеография, растительность, удаление антропогенных аэрозолей и ледяной покров - оценивается в 9,4°C, 5,1°C и 2,9°C в CESM2, CESM1 и CCSM4, соответственно, показывая монотонность, но нелинейную зависимость между чувствительностью модели и ее доиндустриальными РЧК, которые составляют 5,3°C, 4,2°C и 3,2°C, соответственно. Нелинейная связь зависит от увеличения РЧК с глобальной средней температурой поверхности и потенциального увеличения эффективности климатических воздействий, не связанных с CO2, между версиями модели, нуждающимися в дальнейших исследованиях основополагающих механизмов. Зависимость РЧК от версии модели и глобальной средней температуры поверхности была приписана обратной связи с облачностью - усилению поверхностного потепления за счет изменений облаков.
CESM2 производит лучшее представление нынешнего климата, чем CESM1 и является одной из самых эффективных моделей CMIP6, основанной на средних закономерностях различных климатических полей. Тем не менее, высокая РЧК в CESM2 несовместима с известным эоценовым парниковым климатом. Хотя этот анализ ограничен CESM2, авторы ожидают, что аналогичные выводы можно будет сделать и для других моделей с аналогичным высоким РЧК. Это исследование показывает, что развитие и настройка моделей для воспроизведения инструментальных записей не гарантируют, что они будут реально работать при высоких значениях СО2. В связи с этим палеоклиматические ограничения особенно важны для руководства развитием моделей и выбора физических параметризаций, потому что они представляют единственные реальные оценки равновесной температуры поверхности при атмосферных концентрациях CO2 за пределами диапазона инструментальных записей. По этой причине авторы рекомендуют использовать палеоклиматические ограничения, из прошлого тёплого и холодного климата для оценки качества других моделей CMIP6 и будущих поколений.
