В настоящее время одно из крупнейших в мире усилий направлено на изучение изменения климата - и оно происходит за экранами мощных компьютеров.

Исследовательские группы по всему миру работают над созданием следующего поколения моделей климата. Известный проект взаимного сравнения связанных моделей, или CMIP, представляет собой скоординированные международные усилия по созданию наборов всё более совершенных моделей для использования в исследованиях климата. Каждые несколько лет предпринимается новый этап, обычно приуроченный к предстоящему докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК).

Последнее поколение моделей - CMIP6 - находится в разработке прямо сейчас.

Пока команды по всему миру создали около 40 новых моделей. Ещё десятки находятся на подходе. И результаты на сегодняшний день являются многообещающими - учёные надеются, что многие из новых моделей будут лучше описывать определённые аспекты земной системы.

Но намечается одна озадачивающая тенденция.

Ряд новых моделей более чувствителен к выбросам парниковых газов, чем их предыдущее поколение. Другими словами, они предсказывают более высокое потепление для данного уровня выбросов.

Если более чувствительные модели точнее, это может означать, что в будущем потепление может оказаться более серьёзным, чем считалось ранее.

Пока учёные не уверены в этом. Некоторые недавние исследования показывают, что модели могут завышать чувствительность климата. Но многие эксперты предупреждают, что пока рано делать окончательные выводы.

Это стало одной из самых интригующих причуд о разработке CMIP6.

«Существуют большие неопределённости, и мы не можем исключать очень высокие или очень низкие значения», - предупредил Зик Хаусфатер (Zeke Hausfather), ученый-климатолог из Калифорнийского университета в Беркли. «Но в то же время, это не соответствует большому количеству доказательств, которые мы имеем».

Проблема вращается вокруг сложной концепции, известной как равновесная чувствительность к климату (РЧК). РЧК соответствует ожидаемому размеру глобального потепления при удвоении атмосферной концентрации углекислого газа на Земле по сравнению с доиндустриальным уровнем.

До промышленной революции уровень углекислого газа в атмосфере колебался около 280 частей на миллион (ppm). Таким образом, удвоение привело бы к величине около 560 ppm. Современные концентрации превышают 400 ppm и продолжают расти, поэтому концепция становится всё более актуальной с каждым днём.

Проблема с РЧК, однако, в том, что сложно сократить неопределённости, потому что существует множество различных факторов, влияющих на процесс нагревания Земли.

Леса, океаны и другие природные ландшафты поглощают углерод из атмосферы. То, как они реагируют на будущие изменения в окружающей среде, может сильно повлиять на скорость нагрева Земли.

Исчезающие снег и лёд также могут изменить отражательную способность поверхности Земли и изменить скорость, с которой планета нагревается.

Облака тоже играют важную роль. На самом деле, они, вероятно, самая большая неопределённость в отношении будущего потепления, считает Марк Зелинка (Mark Zelinka), учёный из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса.

Всё потому, что облака могут увеличивать или уменьшать глобальное потепление, в зависимости от их характеристик. И хорошо известно, их сложно моделировать.

По словам Зелинки, они, вероятно, являются «основным фактором различий в чувствительности климата» от одной модели к другой.
На протяжении многих лет большинство моделей демонстрировали РЧК в пределах от 1,5 до 4,5 градусов по Цельсию. Этот диапазон остается неизменным на протяжении десятилетий - весьма необычно для модели выходить за эти границы.

Поэтому учёные были удивлены, когда начали появляться новые оценки обновлённых моделей из CMIP6. Из примерно 40 представленных моделей, по крайней мере, 14 имеют РЧК выше 4,5°C, согласно записям, которые ведет Зелинка по мере появления новых моделей.

В некоторых из них значения даже выше 5°С, а максимальное - 5,6°С.

Учёные не совсем уверены, что именно вызывает более высокую чувствительность, и причины этого могут разниться от одной модели к другой. Но, вероятно, это как-то связано с учётом в моделях облачности.

В последние годы улучшение моделирования облачности стало одним из главных приоритетов для сообщества моделистов. И учёные добились определённых успехов в понимании облачных процессов.

Например, исследователи узнали, что облака часто содержат намного больше жидкой воды, чем предполагалось ранее, даже когда они образуются в условиях ниже точки замерзания. Количество жидкости в облаке, по сравнению с количеством льда, существенно влияет на то, сколько солнечного света отражает облако и нагревает ли оно или охлаждает Землю ниже.

По словам Зелинки, во многих новых моделях «была предпринята попытка увеличить количество жидкой воды в облаках ниже нуля».

А это, в свою очередь, может повлиять на то, как облака влияют на чувствительность моделей к климату.

На данный момент есть ещё как минимум 26 моделей, которые попадают в обычный диапазон. Но 14 из 40 - значительная часть - достаточная, чтобы начать расследование происходящего.

«Это наверняка вызовет головную боль у климатологов», - сказал Хаусфатер. «Большинство скептиков говорят: «Это конец света, у нас будет 7-градусное потепление», а более легкомысленные люди говорят: «О, всем этим моделям не надо верить».

Доказательства ещё предстоит найти

Одной из наиболее уважаемых в мире климатических моделей является CESM (Community Earth System Model), созданная учеными из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо.

Команда недавно выпустила её обновление для CMIP6 - CESM2, с современным дополнением к оригинальной модели. Как и её предшественница, она отлично справляется с моделированием современного климата Земли.

Но её РЧК является одним из самых высоких среди всех новых моделей, с колоссальной величиной 5,3°С.

Это привлекло внимание исследователя Цзян Чжу (Jiang Zhu), научного сотрудника Мичиганского университета. Он решил протестировать модель с помощью коллег Кристофера Поулсена (Christopher Poulsen) и Бетт Отто-Блиснер (Bette Otto-Bliesner).

Три исследователя использовали новую модель для воспроизведения древнего периода в истории Земли, известного как ранний эоценовый климатический оптимум, произошедшего около 50 миллионов лет назад. Анализ древних отложений, ледяных кернов, окаменелостей и других сохранившихся записей дал учёным некоторую полезную информацию о том, какой была Земля в то время, включая её климат и концентрацию углекислого газа.

Учёные знают, что это был тёплый период в истории Земли. Но когда они произвели расчёт, модельная оценка показала слишком высокие температуры.

Поскольку моделирование не соответствовало наблюдаемым данным, исследователи считают, что чувствительность модели к климату может быть нереально высокой. Они описали свои выводы в редакционной статье, опубликованной в прошлом месяце в журнале Nature Climate Change.

«Я думаю, если мы будем использовать эту модель для прогнозирования будущего климата, у нас, вероятно, будет слишком сильное потепление», - сказал Чжу.

Авторы других недавних исследований использовали несколько иные подходы, но пришли к аналогичным выводам.

Одна статья, опубликованная в марте, сравнивала моделирование некоторых новых моделей CMIP6 с глобальным потеплением, фактически имевшим место в последние десятилетия. В работе установлено, что модели имеют тенденцию переоценивать недавнее потепление Земли - это означает, что их чувствительность может быть слишком высокой.

В целом, по словам Хаусфатера, модели, которые лучше всего моделируют недавнюю климатическую историю Земли, имеют чувствительность, находящуюся в пределах обычного, более низкого диапазона.

Ещё одна статья, опубликованная в прошлом месяце, продемонстрировала, что эти модели могут быть откалиброваны - или принудительно скорректированы - чтобы соответствовать недавним наблюдениям потепления. Когда эта корректировка сделана, их прогнозы на будущее потепление снижаются, что приводит их в большее согласие с моделями предыдущего поколения.

Совокупность имеющихся данных свидетельствует о том, что наиболее сенситивные модели могут быть слишком чувствительными. Если это правда, то можно предположить, что в новых моделях есть что-то, что необходимо компенсировать - например, процесс обратной связи, возможно, связанный с чрезмерным вкладом облачности.

Но этот вопрос вряд ли исчерпан, по словам Хаусфатера. В настоящее время учёные не могут полностью исключить высокие оценки, полученные климатическими моделями.

«Существует не так много доказательств в поддержку моделей с очень высокой чувствительностью к климату», - сказал Хаусфатер. «Это не обязательно означает, что они ошибаются. Во многих из этих анализов всё ещё есть огромная неопределённость».

Огромная возможность

Процесс CMIP6 ещё не завершён: представлены только 40 новых моделей. Эксперты ожидают, что их число возрастёт, по крайней мере, до 100.

В то же время следующий большой доклад МГЭИК уже находится в стадии разработки. Шестой отчёт об оценке будет в значительной степени зависеть от результатов моделирования CMIP6 - и это означает, что стоит рассмотреть наилучший способ использования высокочувствительных моделей.

Даже если некоторые модели действительно слишком чувствительны - вопрос, который ещё далёк от решения - это не значит, что они бесполезны. Некоторые из них могут иметь значительные успехи в моделировании других аспектов климатической системы Земли.

«Глобальная средняя температура поверхности не является окончательной причиной изменения климата», - отметил Хаусфатер. «Имеют значение региональные температуры, изменения осадков, изменения в атмосферной циркуляции, повышение уровня моря. Есть много других вещей, по которым вы можете оценить эти модели, помимо чувствительности климата и средних глобальных температур».

В любом случае, преимущество большого набора доступных климатических моделей состоит в том, что учёным не нужно полагаться на результаты только одной из них, чтобы ответить на все актуальные вопросы. У разных моделей есть свои сильные и слабые стороны.

Учёные часто проводят один и тот же тест на нескольких разных моделях, чтобы точно видеть, как отличаются ответы. Затем они представляют свои результаты в виде диапазона или среднего значения результатов модели с целью показать, что среди возможных результатов есть место для манёвра. Таким образом, наличие нескольких моделей с более высокой, чем ожидалось, чувствительностью климата не обязательно означает, что все будущие климатические прогнозы внезапно будут выглядеть более экстремальными.

Если модели с высокой чувствительностью поднимают верхний предел диапазона РЧК, в конце концов, это всё ещё диапазон - широкий спектр возможных результатов, некоторые из которых могут быть более вероятными, чем другие. Это не гарантирует, что глобальное потепление будет сильнее или слабее, чем ожидалось.

По словам Зелинки, до тех пор пока существует неопределённость в отношении будущего, с научной точки зрения полезно оценивать сценарии наихудшего случая.

«Хорошо иметь разнообразие моделей на данный момент, потому что мы на самом деле не знаем, какова чувствительность», - сказал он.

В ближайшие месяцы научные группы, вероятно, опубликуют больше исследований, оценивающих эффективность новых моделей CMIP6. По мере накопления этих исследований учёные получат лучшее представление о сильных и слабых сторонах различных моделей.

«Обработка результатов, полученных одной моделью, занимает, может быть, полгода», - сказал Рето Кнутти (Reto Knutti), специалист по климату в Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе. «Теперь, если вы хотите сделать это для всех моделей одновременно и сравнить, потребуется год или два, чтобы выяснить, что происходит. Мы на самом деле просто «царапаем поверхность».

Это означает, что следующий отчет МГЭИК может появиться слишком рано, чтобы утверждать, какие модели лучше всего использовать для той или иной конкретной цели, добавил он.

Тем не менее, для Кнутти дебаты о чувствительности - это не проблема, а возможность. Это даёт учёным возможность исследовать, что работает и что не работает в последних версиях моделей, выяснить, почему, и внести улучшения в следующем поколении.

«Это огромная научная возможность», - сказал Кнутти. «Я думаю, это здорово. Потому что мы как бы раздвинули границы того, что мы считали правдоподобным, и теперь у нас есть возможность выяснить, действительно ли это правдоподобно - или нет, почему бы и нет».

Ссылка: https://www.eenews.net/stories/1063110279