Головоломка глобальной температуры

С 1998 года глобальная температура повышается медленнее, чем раньше. С учетом многих обсуждавшихся в средствах массовой информации и в специальной литературе объяснений можно в шутку задать вопрос: почему в таком случае все еще не наступил новый ледниковый период?

Материал подготовлен редакцией ИноСМИ специально для раздела РИА Наука >>

Штефан Рамсторф (Stefan Ramstorf)

С 1998 года глобальная температура повышается медленнее, чем раньше. С учетом многих обсуждавшихся в средствах массовой информации и в специальной литературе объяснений (Южная осцилляция El Niño, поглощение тепла океанами, пробел арктических данных) можно в шутку задать вопрос: почему в таком случае все еще не наступил новый ледниковый  период? Но при этом упускают из виду то обстоятельство, что эти составляющие сами по себе небольшие, и их нельзя просто взять и сложить. Предлагаем небольшой обзор на эту тему, а также попытку объяснить, каким образом складываются отдельные части этой головоломки.

Прежде всего одно важное замечание: глобальный температурный тренд, отслеживаемый в течение 15 лет, не является устойчивым, и, кроме того, с его помощью нельзя объяснить долгосрочные изменения климата. Я повторяю это уже в течение шести лет в разных статьях, поскольку это часто неправильно понимают. И Межправительственная группа по изменению климата (IPCC) еще раз ясно высказалась по этому поводу:

«В связи с естественным разнообразием тренды, основанные на краткосрочных данных, очень зависят от начальных и конечных данных и, как правило, не отражают долгосрочных климатических трендов».

Любой человек может в этом убедиться, если сравнить тренды с середины 1997 года с трендами с 1999 года — последние данные почти в два раза выше: 0,07 градуса вместо 0,03 градуса за десятилетие.

Такая же ситуация наблюдается и в связи с существующими пробелами: тенденции, отмеченные в базе данных HadCRUT и НАСА в долгосрочной перспективе почти не отличаются друг от друга, однако фиксируются значительные отличия в данных за последние 15 лет. А предложенная недавно в докладе Коутэна (Cowtan) и Уэйя (Way) небольшая коррекция для компенсации недостающих арктических данных почти не меняет долгосрочный тренд на основе базы данных HadCRUT4, тогда в случае 15-летнего тренда эти изменения уже будут иметь коэффициент 2,5.

Поэтому речь в данном случае идет об ошибке (однако кто-то очень сильно способствует ее распространению, и нельзя на основе краткосрочного тренда пытаться делать выводы о потеплении климата в будущем или даже о политике в области климата. 

В расчетах, представленных проектом сдвоенной модели взаимного сравнения CMIP3 существует «пауза в потеплении» в течение последних 15 лет; поэтому и показатели дальнейшего глобального потепления оказываются не меньшими по своим значениям. Долгосрочное потепление и краткосрочная «пауза» не имеют между собой ничего общего, поскольку у них совершенно разные причины. Кроме того, этот пример опровергает охотно распространяемый «скептиками в области климата» утверждение о том, что климатические модели якобы не могут объяснить существование подобной «паузы» – об этом речь пойдет ниже.

А теперь поговорим о причинах менее масштабного тренда последних 15 лет. Что касается  изменения климата, то в основном рассматриваются два типа причин: внешние стимулы и внутренние колебания в климатической системе.

Внешние стимулы: Солнце, вулканы и Co.

Во-первых, к числу внешних стимулов относится затемнение солнца из-за аэрозольного загрязнения атмосферы вследствие вулканической активности, а также китайские электростанции. Во-вторых, к ним также относится  сокращение воздействия парникового эффекта фреонов, поскольку эти газы, оказывающие губительное воздействие на атмосферу, в большинстве своем запрещены Монреальским протоколом. И, в-третьих, следует назвать также переход от солнечного максимума первой половины этого периода к особенно глубокой и продолжительной фазе солнечного минимума во второй половине данного периода. Это подтверждается измерениями солнечной активности, однако по количественным показателям этого достаточно для объяснения только части замедления (примерно третьей части, как показывают результаты корреляционного анализа.

Весьма вероятно, что все эти факторы на самом деле способствовали замедлению потепления и они еще оказывают влияния друг на друга — согласно докладу Межправительственной группы по изучению климата, примерно половину значения замедления можно объяснить медленно увеличивающимся радиационным воздействием. При этом возникает проблема: нетто данные относительно радиационного воздействия слишком неточны для того, чтобы иметь возможность лучше квантифицировать его вклад. А это, в свою очередь, связано с краткостью рассматриваемого периода, поскольку изменения столь малы, что многие результаты становятся зависимым от точности измерений – в отличие от долгосрочных периодов климатических изменений.

Модели климата из-за длительного периода планирования и проведения подобных симуляций с использованием суперкомпьютеров пока еще не получают самые новые данные и знания относительно стимулов. Поэтому и современные симуляции, проводимые с 2005 года на основании модели расчетов CMIP5, то есть без учета измеренных данных относительно воздействия стимулов. Поэтому они работают со средними солнечными циклами, и им еще ничего не известно относительно особенно глубокого и продолжительного солнечного минимума 2005 – 2010 годов.

Внутренние колебания: El Nino, Тихоокеанская декадная осцилляция

Сильнейшим внутренним колебанием в климатической системе по этой временной шкале является переход от фазы El Niño к фазе La Niña – это естественные, случайные «климатические качели» в тропической части Тихого океана, которые сокращенно называются ENSO (ElNino/LaNina Southern Oscillation).

Тот факт, что фаза осцилляции El Niño является важной для нашей постановки вопроса, видно уже по тому, как сильно меняется тенденция, если только не учитывать 1998 год: года фазы осцилляции El Nino являются особенно теплыми, и 1998 год  по показателям фазы осцилляции El Niño был самым значительными с момента начала наблюдений. Вот еще доказательства решающего значения фазы осцилляции El Niño: если скорректировать с помощью простого корреляционного анализа эффект Южной осцилляции и солнечных циклов на основании глобальных температурных данных, то в результате получится постоянный тренд потепления без очередного замедления. При этом Южная осцилляция является причиной двух третей корректуры. А если добавить еще и климатическую модель для того, чтобы воссоздать наблюдаемую смену фаз El Niño и La Niña (вместо того, чтобы самим воспроизводить их в случайной последовательности), то в таком случае эта модель отразит наблюдаемое глобальное изменение температуры, включая «паузу» (Kosaka and Xie. 2013).

Можно также задать вопрос: каким образом наблюдаемое потепление встраивается в прогноз Межправительственной группы по изучению климата?

А что же происходит с океаническим накапливанием тепла?  Оно не создает дополнительного эффекта, а относится к механизмам, из-за которых годы с фазой осцилляции El Niño оказываются теплыми, а годы с фазой осцилляции La Niña — холодными. В период El Niño океан отдает накопленное тепло, тогда как в период La Niña он усиленно его поглощает. Поэтому часто цитируемые данные измерений относительно накопления тепла в океане являются просто еще одним доказательством того, что El Niño играет решающую роль в том, что касается «паузы».

Ведущий американский климатолог Кевин Тренбэрт (Kevin Trenberth) в течение 20 лет занимается изучением этой темы и как раз недавно он опубликовал статью, в которой содержится подробное объяснение этого вопроса. Тренбэрт подчеркивает роль долгосрочных колебаний климатической осцилляции ENSO, которые называются тихоокеанская декадная осцилляция (PDO). Если говорить несколько упрощенно, то речь идет о том, что фазы с более частой осцилляцией El Niño и фазы с более частой осцилляцией La Niña (как это происходит сейчас) в тропической части Тихого океана могут продолжаться около двух десятилетий. Подобные фазы вызывают затяжной и несколько замедленный период потепления на поверхности нашей планеты, так как при этом дополнительное количество тепла сохраняется в океане на большей глубине.

Центральный пункт состоит в следующем: даже если поверхностная температура стагнирует, наша планета все равно поглощает определенное количество тепла нетто. Возрастающий по своим масштабам парниковый эффект приводит к дисбалансу излучения – мы поглощаем больше исходящего от Солнца тепла, чем возвращаем его обратно во Вселенную. 90% этого тепла оказывается в океане, что объясняется теплоемкостью воды. Тот факт, что океан продолжает активно нагреваться, доказывает, что парниковый эффект ни в коем случае не уменьшился, что мы здесь и показали.

То, насколько важным на самом деле является воздействие El Niño, будет ясно на основании следующего связанного с ним события. Я в прошлом году уже предсказал, что после очередной фазы El Niño будут зафиксированы новые рекордные показатели глобальной температуры – этот прогноз уже скоро будет либо подтвержден, либо опровергнут.

Арктический информационный пробел

Недавно Коутэн и Уэй показали, что потепление совсем не так замедлилось, как это следует из базы данных HadCRUT. С помощью полученных со спутников данных, а также хитрого статистического метода эти ученые смогли заполнить информационные пробелы в сети метеорологических станций, и в результате оказалось, что с 1998 года глобальный тренд составляет 0,12 градуса за десятилетие – то есть всего на четверть меньше, чем это следует из вычисленного в 1980 году долгосрочного тренда, составляющего 0,16 градуса за десять лет.

Знание о существовании этого информационного пробела не является чем-то новым: так, например, Симмонс и другие авторы еще в 2010 году показали, что из-за этого глобальное потепление в рамках расчета на основе базы данных HadCRUT недооценивается, и мы постоянно обсуждаем эту проблему в блогах Realclimate и KlimaLounge. Данные НАСА уже давно заполняют с помощью метода интерполяции существующий информационный пробел, хотя при этом используется более простой метод, и они так же не показывают никакого ослабления потепления. 

Пространственный паттерн

Коэн и другие авторы в своей опубликованной два года назад статье показали, что прежде всего холодные зимы в Евразии способствовали в последнее время выравниванию кривой глобального потепления.

Эти авторы считают, что наличие «паузы» в глобальном потеплении должен объяснить именно этот специальный паттерн. Однако это мнение не является императивным – могут также наслаиваться друг на друга два независимых механизма. Что касается одного из них, сдерживающего глобальное потепление, то он должен быть объяснен глобальным энергетическим балансом. Тогда как второй объясняет холодные евразийские зимы, но при этом не оказывает влияния на глобальные температуры. Второй вариант я считаю вероятным, то есть посещающие нас в последнее время холодные зимы являются частью широко обсуждаемого паттерна «теплая Арктика – холодные континенты» (warm Arctic — cold continents) и могут быть связаны с сокращающимся ледяным покровом в Северном ледовитом океане. Тепло в таком случае лишь смещается, а  евразийскому холоду противостоит более теплая Арктика, однако это почти не влияет на глобальные средние показатели температуры, если только не принимать во внимание массивы данных с более значительными информационными пробелами…

А что в сумме?

Но как же все это соотносится друг с другом? Как было показано выше, я считаю естественные колебания, особенно ENSO и PDO, главной причиной  замедлившегося в последнее время потепления. С точки зрения планетарного энергетического баланса аккумулирование тепла в океане представляет собой при этом главный механизм.

Но если потепление после устранения влияния ENSO, вулканов и солнечных циклов будет и дальше постоянно продолжаться, то не станет ли коррекция арктических пробелов, предложенная Коутэном и Уэйем, означать, что потепление после проведений подобной коррекции даже увеличилось? Это возможно, но лишь в незначительной степени. Однако после проведения так называемой очистки данных Института космических исследований Годдарда (GISS) и полученных с помощью спутников данных не отмечается никакого замедления, оно все еще сохраняется в обоих массивах данных с арктическим пробелом, то есть в базах данных HadSCRUT и Национального центра климатических данных (NCDC). Если добавить к этому предложенную Коутэном и Уэйем коррекцию тенденции на 0,08 градуса нашего уже очищенного тренда, то мы получаем 0,2 градуса за десятилетие и таким образом практически такие же значения, как и в данных Института Годдарда. Если к этому добавить еще упомянутые выше стимулы излучения (без уже учтенной солнечной активности), то мы, возможно, добавим еще несколько сотых. В результате получилось бы более быстрое потепление, чем в целом за весь период, но эти показатели будут, вероятно, меньше, чем данные за период с 1992 по 2006 год, находившиеся на уровне 0,29 градуса за десятилетие. То есть большой озабоченности они не вызывают. К тому же на основе модельных расчетов ожидается тренд в районе 0,2 градуса за десятилетие, так как они предсказывают не константное, а постоянно ускоряющееся потепление. Это подводит нас к вопросу о сравнении с моделями.

Сравнение с моделями

При сравнении данных с моделями нужно понимать одну центральную вещь: эти модели порождают также внутренние колебания, в том числе из-за ENSO, но поскольку они (так же как погода в модели) представляют собой зависящий от случайности процесс, то El Niños и La Niñas распределяются по годам произвольно. Поэтому любая модель будет лишь в редких случаях порождать случайную последовательность, которая будут походить на реальную последовательность, и поэтому как раз в период с 1998 года по 2012 год она показывает меньше тепла. Такие модели существуют, однако большинство из них демонстрируют подобные фазы более медленного потепления как раз в другие периоды.

Межправительственная группа по климату еще ни разу не пыталась предсказать показатели климата в течение 15 лет поскольку они подвержены воздействию случайных внутренних колебаний (как El Niño), которые в настоящее время еще невозможно предсказать.
Однако все модели показывают подобные колебания, и таким образом никто из тех, кто что-то понимает в этом деле, не может быть удивлен  существованием фазы более слабого потепления. Такого рода случаи в прошлом уже имели место — например в 1982 году.

Еще один пример представляет сравнение данных наблюдения с моделью экспериментов на основе данных проекта сдвоенной модели взаимного сравнения (CMIP5), которые были проведены для доклада Межправительственной группы по климату. Полученный график показывает, что 1998 год, год фазы год El Niño, находится в верхнем ряду, тогда как два последних холодных года фазы La Niña оказались в нижнем ряду прогнозной модели IPCC (по изложенным выше различным причинам). Однако эти температуры (по крайней мере, так считают Коутэн и Уэй) находятся в тех пределах, которые охватывают 90% моделей.

Пока это не указывает на наличие ошибочных моделей (более подробную информацию об этом можно получить  в нашем предпоследнем и активно читаемом докладе). Но это не подтверждает и менее интенсивную климатическую чувствительность, хотя это и было предложено в опубликованной некоторое время назад статье. Тренбэрт и другие авторы указывают на то, что уже сам выбор другой базы данных, связанной с температурой океана, повышает на 0,5 градуса чувствительность климата, оценки которой приведены в статье Отто и других авторов. Кроме того, в статье использовались только температурная база данных HadCRUT4, у которой особенно низкие показатели потепления. При добросовестной оценке совокупной недостоверности следует сделать вывод о том, что такой короткий период времени является недостаточным для того, чтобы сделать заключение о чувствительности климата.

Выводы

Глобальная температура в последнее время повышается несколько медленнее, чем ранее, однако все показатели находятся в рамках давно существующих естественных колебаний, а также в рамках того, что было ранее предсказано климатологами, – несмотря даже на наличие таких способствующих охлаждению факторов, как глубокий солнечный минимум. Поэтому нет оснований считать упоминавшиеся модели ошибочными. Нет также оснований для того, чтобы ожидать более низких показателей  потепления в будущем – скорее, наоборот, можно говорить о том, что климатическая система в рамках естественных колебаний нагонит упущенное, например, в том случае, когда тихоокеанская десятилетняя осцилляция вновь перейдет в свою теплую фазу. Уже сейчас глобальные температуры вновь стали очень высокими –  по данным НАСА, аномальные показатели ноября составили +0,77 градуса Цельсия, и он оказался теплее, чем это было в рекордном 2010 году (+0,67 градуса Цельсия), и, кроме того, это был самый теплый ноябрь с 1880 года, когда начались наблюдения.

Оригинал публикации здесь