Nature News & views: Ранние модели успешно предсказали глобальное потепление

06 февраля 2020

Климатические модели, опубликованные в период с 1970 по 2007 гг., представили точные прогнозы потепления глобальной поверхности, подтверждённые впоследствии наблюдениями. Это показывает ценность использования глобального наблюдений для проверки климатических моделей в условиях глобального потепления.
Модели климата - это набор уравнений, описывающих климатически значимые процессы и решаемых на суперкомпьютерах. Они, являясь бесценным инструментом для проверки научных гипотез, также дают общественно важные прогнозы. Первые климатические модели, численно описывающие эволюционирующие и взаимодействующие атмосферу, океан и поверхность суши на сетках, охватывающих всю Землю, появились в 1970-е гг. С тех пор поверхность планеты нагрелась, в значительной степени из-за увеличения выбросов парниковых газа. Хаусфазер и др. (Hausfather et al.) в статье в Geophysical Research Letters ретроспективно оценили успехи опубликованных в период 1970-2007 гг. моделей в прогнозировании климата. Их результаты показывают что физика в этих ранних моделях была точной в прогнозировании наблюдаемого впоследствии глобального потепления поверхности. Ключевым моментом, подчёркнутым авторами, является то, что способность прогнозировать с помощью климатических моделей ограничена тем, что неизвестны будущие климатические драйверы. Многие основные факторы, такие как вызванное сжиганием ископаемого топлива повышение концентрации углекислого газа в атмосфере, зависят от человеческой деятельности и принимаемых решений. Авторы ранних климатических моделей включали оценки будущих климатических драйверов в свои прогнозы. Тем не менее, они не могли знать, например, как мир будет индустриализироваться или каковыми окажутся связанные с этим выбросы CO2. Хаусфазер и др. разработали метод оценки прогнозов ранних моделей климата без «наказания» моделей за их неточные оценки непредсказуемых будущих климатических драйверов. Авторы рассмотрели 17 проекций глобальной средней температуры поверхности, полученных с помощью 14 моделей. Перед применением их метода, было обнаружено, что 10 проекций хорошо согласовались с наблюдениями.
Но когда были учтены неточности в оценках климатических факторов, авторы обнаружили, что 14 прогнозов согласуются с данными. Из трёх неудачных два предсказали потепление поверхности выше и одно ниже наблюдаемого. Разработка надёжных моделей климата на основе понимания климатически значимых процессов, наблюдений и хорошо составленных уравнений является серьёзной научной и вычислительной задачей. Уравнения, описывающие климат, сложны и требуют значительной вычислительной мощности для их решения. В результате климатические модели всегда нуждаются в самых быстрых доступных суперкомпьютерах. Особенно впечатляет, что самые ранние модели, учтённые авторами, смогли произвести точные прогнозы в условиях чрезвычайно ограниченной вычислительной мощности, по сравнению с той, что доступна сегодня. Хотя выводы авторов показывают, что модели климата могут точно предсказать среднеглобальную температуру поверхности, эти прогнозы недостаточны для понимания и адаптации к последствиям продолжающегося изменения климата. Например, региональное изменение климата особенно непредсказуемо, что значительно ограничивает потенциал прогнозирования - даже в масштабах десятилетия, когда климатические драйверы известны. Более того, на основе прогноза одной среднеглобальной температуры поверхности сложно предсказать, например: каким будет подъём уровня моря; как закисление океана, вызванное поглощением атмосферного CO2, будет влиять на морские экосистемы; какими будут частота и масштабы будущих пожаров, засух и наводнений.
Учёным предстоит совершенствовать климатические модели и улучшить понимание последствий изменения климата в условиях «конфликта» между вычислительными возможностями и необходимостью увеличения разрешения модели и более детальным представлением климатически значимых процессов, а также большим объёмом расчётов, чтобы характеризовать непредсказуемую изменчивость климата. Вышеупомянутое успешное прогнозирование ранними климатическими моделями впечатляет, но остаётся много работы, которую ещё предстоит сделать. Численные модели, основанные на уравнениях для описания атмосферы, используются ежедневно для принятия решений, спасающих жизни и ресурсы. Поскольку климат продолжает меняться, вследствие антропогенной деятельности, учёные должны использовать, улучшать численные модели и рассказывать о их ценности и знаниях, полученных с их помощью. Работа Хаусфазера и др. показывает, что физика в моделях климата обеспечивает точные прогнозы среднеглобальной температуры поверхности в условиях увеличения содержания атмосферного CO2 в течение десятилетий. Такие прогнозы полезны для оценки максимального количества CO2, которое со временем может быть выброшено в атмосферу, чтобы не превысить заданный уровень разогрева поверхности Земли. Результаты авторов также показывают что основной источник неопределённости в прогнозах среднеглобальной температуры поверхности происходит от климатических факторов. Таковыми являются выбросы парниковых газов в результате человеческой деятельности, которая будет в значительной степени определять темпы будущего потепления. Результаты показывают полезность модельных прогнозов среднеглобальной температуры поверхности в ответ на увеличение выбросов парниковых газов, несмотря на неопределённость будущих климатических драйверов. Но учёные должны также продолжать разработку климатических моделей в соответствии со всей прочей доступной им информацией, чтобы планировать изменившийся климат, требующий гораздо больше, чем только прогнозы потепления поверхности.