Реальные пробелы в науке о климате не отменяют глобального потепления

Под этой символической картинкой, опубликованной в журнале Nature 30 апреля 2009 года, помещен крупный заголовок — «Непосильная ноша». Так называется обзорная статья Ричарда Монастерского, посвященная проблемам регуляции выбросов СO₂ и возможным последствиям разного уровня содержания углекислого газа в атмосфере для климата Земли

Как убедить широкую публику в том, что неполнота нашего знания о процессах, определяющих состояние климата на Земле, вовсе не отменяет того, что об этих процессах известно точно? Как говорить с обществом о трудностях, с которыми сталкивается наука о климате? Как перейти от глобальных масштабов рассмотрения климата к локальным, которые чаще всего и интересуют обычных людей? Обсуждению этих непростых проблем посвящено несколько публикаций в одном из последних номеров журнала Nature.

Публикацию выдержек из частной электронной переписки климатологов из Университета Восточной Англии (из Группы по изучению климата — Climatic Research Unit, CRU) уже окрестили «Климатгейтом» ('Climategate' affair) по аналогии со знаменитым Уотергейтским скандалом, разразившимся в 1972 году, когда в вашингтонской гостинице «Уотергейт» в выборном штабе демократической партии обнаружили подслушивающие устройства.

Обнародование имейлов из CRU стало прекрасным рождественским подарком для тех, кто отрицает наличие глобального потепления и влияние на этот процесс деятельности человека. Журналисты, в том числе и российские, с радостью подхватили эстафету (см., например, опус Юлии Латыниной «Учение глобального потепления» в «Еженедельном журнале» и достойный ответ профессионала в том же издании: Игорь Ларин «О глобальном потеплении»).

Само же научное сообщество отреагировало на публикацию хакерской добычи достаточно спокойно. Во-первых, ученые знают, что некоторые их коллеги, к сожалению, не всегда ведут себя достаточно корректно и могут намеренно представить данные таким образом, чтобы желаемый вывод выглядел более эффектно (собственно, об этом и шла речь в злополучных имейлах). Во-вторых, и это самое главное, ученые прекрасно понимают, что на множество независимо полученных данных, свидетельствующих о прошлом и нынешнем состоянии климата, не может существенно повлиять какая-то одна статья или доклад. В реальности происходящего глобального потепления серьезные исследователи не сомневаются, как не сомневаются они и в том, что значительную долю в него вносит деятельность человека.

О потеплении свидетельствует хотя бы сокращение массы ледников Гренландии (см. на «Элементах»: Гренландия всё быстрее теряет свой лед, 26.09.2006) и довольно быстрое возрастание уровня Мирового океана (в среднем на 3,5 мм за год), происходящее главным образом за счет теплового расширения поверхностных вод. Кроме того, неуклонно растет содержание в атмосфере углекислого газа, что подтверждается непрерывной регистрацией концентрации СО₂ с 1950-х годов в астрофизической обсерватории на вулкане Мауна-Лоа (Mauna Loa Observatory) на Гавайских островах. А высокая положительная корреляция между содержанием СО₂ и температурой подтверждена длинным (за несколько сотен тысяч лет) рядом данных, полученных при глубоком бурении антарктического льда. Человек, сжигая ископаемое топливо, ежегодно выбрасывает в атмосферу около 10 Гт углерода (прежде всего в виде СО₂), что не может не привести к усилению парникового эффекта и повышению приземной температуры Земли. Кроме того, ни одна из существующих моделей климата не может объяснить наблюдающийся сейчас стремительный рост содержания СО₂ и повышение температуры без учета антропогенной составляющей.

Однако, констатируя наличие глобального потепления, климатологи признают, что в используемых ими моделях климата есть целый ряд «неопределенностей». Иными словами, о многих зависимостях и величинах они имеют только приблизительное представление. Наличие таких неопределенностей неизбежно, поскольку получить оценки ряда процессов, происходивших в прошлом, да и происходящих сейчас, очень трудно, а то и невозможно. Кроме того, многие процессы, влияющие на климат, содержат элемент стохастичности, непредсказуемости, обусловленный тем, что незначительное случайное изменение может сдвинуть всю систему в том или ином направлении (поэтому и невозможно предсказать погоду на месяц вперед, в  лучшем случае — только на несколько ближайших дней).

Неизбежные пробелы в науке о климате прекрасно осознаются самими учеными, и они вовсе этого не скрывают. В последнем имеющемся докладе (за 2007 год) Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change) приводится список из 54 «ключевых неопределенностей» (key uncertainties), которые значительно усложняют получение адекватной картины состояния климата. После этого вряд ли можно заподозрить ученых в том, что они прячут от публики какую-то важную информацию, которая противоречит их выводам о реальности глобального потепления.

Редакция журнала Nature, будучи озабочена ситуацией, в которой оказались сейчас специалисты по климату, поместила в одном из последних номеров сразу несколько материалов на эту тему. Редакционная статья, открывающая номер, так и называется — Climate of suspicion («Атмосфера подозрительности»). Вопрос, который ставится в этой и других статьях и на который пока, к сожалению, нет ответа, звучит так: как же убедить широкую публику, политиков и журналистов в том, что наличие в нашем знании определенных пробелов вовсе не отменяет ни саму науку, ни полученные ею важнейшие результаты? Общий вывод: с разными группами людей приходится говорить по-разному. В любом случае, надо стараться найти нечто, что объединяет экспертов и публику. Люди склонны больше доверять тем ученым, с которыми они разделяют взгляды по каким-то другим вопросам, пускай и не относящимся к климату.

Часть страницы журнала Nature от 20 января 2010 года со статьей Куирина Ширмайера «Реальные дыры в науке о климате»

Куирин Ширмайер (Quirin Schiermeier), обозреватель Nature, на основании своих бесед с ведущими специалистами-климатологами кратко охарактеризовал четыре проблемы, которые доставляют немало хлопот ученым, но о которых надо стараться рассказывать и широкой публике.

Первая проблема — региональный прогноз климатических изменений

Для того чтобы строить планы на будущее, люди хотят знать, каким будет климат в том месте, где они живут. Средняя температура по Земному шару волнует их гораздо меньше. Но чтобы перейти к локальным процессам, ученые на самом деле вынуждены опираться на видоизмененную глобальную модель циркуляции (Global climate model), рассматривающую крупномасштабные перемещения воздушных и водных масс, расположение материков и ледовых шапок. Минимальное разрешение этой модели — ячейки на поверхности Земли протяженностью 1–3° по широте и долготе. Полученная картина оказывается слишком обобщенной, а при увеличении разрешения любые погрешности модели возрастают во много раз. Соответственно, резко падает и надежность модели.

Рис. 1. Прогноз изменений температуры (верхняя панель) и осадков (нижняя панель) в Западной Европе на конец XXI столетия. Видно, что температура в Европе повысится в среднем на 3°C, а вот осадков будет существенно больше выпадать на севере и существенно меньше на юге (где неизбежны сильные засухи). Карта из: IPCC CLIMATE CHANGE 2007: THE PHYSICAL SCIENCE BASIS. CH. 11 (2007). Из обсуждаемой статьи Куирина Ширмайера в Nature

Получается, что пока на уровне большинства отдельных стран нельзя дать прогноз, руководствуясь которым можно было бы планировать меры, направленные на смягчение неблагоприятных последствий изменения климата. Однако моделирование климата на региональном уровне всё же не совсем безнадежное занятие, особенно если исследователи понимают существующие здесь ограничения. Для Европы есть карты прогноза изменений температуры и количества осадков на конец текущего столетия (рис. 1), и общие тенденции можно проследить.

Вторая проблема — оценка возможных изменений в распределении выпадающих осадков

Глобальное потепление неизбежно ведет к усилению процессов испарения и ускорению всего круговорота воды на Земном шаре. Однако единственный результат прогнозирования (проигрывания разных моделей), по поводу которого нет разногласий, сводится к тому, что в субтропических районах осадков будет выпадать меньше, а в более высоких широтах — больше (рис. 2).

Рис. 2. Прогноз изменений количества выпадающих осадков на 2090–2099 гг. Голубым показаны области, где осадков выпадать будет больше, коричневым — где их будет выпадать меньше (засухи). Белым цветом показаны районы, для которых нет прогноза. Черными точками выделены области, для которых предсказания разных моделей сходятся по крайней мере в знаке предполагаемых изменений, то есть будет суше или более влажно. По данным IPCC CLIMATE CHANGE 2007: THE PHYSICAL SCIENCE BASIS. CH. 11 (2007). Из обсуждаемой статьи Куирина Ширмайера в Nature

Климатологи говорят, что наиболее слабое место в используемых моделях — недостаточное понимание того, как перемещаются воздушные массы в вертикальном направлении; в частности, как происходит конвекция, поднимающая вверх влажный воздух в тропических областях.

Третья проблема — влияние на климат аэрозолей

В воздухе присутствует большое количество аэрозолей — мелких взвешенных капелек и твердых частиц как естественного, так и антропогенного происхождения. И хотя изучение аэрозолей ведется уже несколько десятилетий, об их влиянии на климат известно еще очень мало. Специалисты говорят, что мы порой не знаем, что реально находится в воздухе. Некоторые взвешенные частицы, например уголь, поглощают солнечные лучи и способствуют разогреву соответствующего слоя атмосферы. Другие, как, например, сульфаты, отражают свет и ведут к охлаждению. Взвешенные в воздухе частицы служат ядрами конденсации влаги. Поэтому присутствие их очень важно для формирования облаков, особенно над океанами. Большие надежды на прогресс в этой области специалисты возлагают на искусственный спутник Glory, запуск которого НАСА планирует в октябре этого года. Задача данного спутника — выявить связь между содержанием в атмосфере разных аэрозолей и влиянием их на климат.

Четвертая проблема — противоречивые данные дендроклиматологии

Сведения, полученные в рамках дендроклиматологии — науки, пытающейся проследить за прошлыми изменениями климата по анализу годовых колец нарастания древесины, — вызывают в последнее время наибольшие споры. Дело в том, что надежные данные прямых инструментальных измерений температуры есть только с 1850 года. Если же мы хотим проследить за изменениями температуры (хотя бы относительными) за последние полторы тысячи лет, то вынуждены обращаться к разным косвенным показателям. Это могут быть результаты анализа донных отложений озер, данные по приросту коралловых рифов, или, что чаще всего, — результаты анализ древесины. Скорость роста деревьев и, соответственно, ширина годовых колец зависят от температуры и влажности. Анализируя имеющиеся данные, исследователи делали вывод о значительном потеплении в Средние века (800–1300 лет назад) и о сильном похолодании на рубеже XVI-го и XVII веков.

Рис. 3. Злополучная «хоккейная клюшка». Оценки изменений температуры (в °C) в Северном полушарии на основании данных по кольцам нарастания деревьев. Данные представлены как отклонение от уровня 1961–1990 гг., который принят за ноль и показан прямой черной линией. Использованы материалы 10 разных исследований. Интенсивность коричневого цвета показывает степень согласия разных исследований: чем темнее, тем больше согласия в оценках. Наибольшие разногласия касаются температуры, которая была около 1000 лет назад. Черной линией в правой части рисунка («крюк клюшки») показаны изменения температуры по результатам непосредственных измерений термометром. По данным: IPCC CLIMATE CHANGE 2007: THE PHYSICAL SCIENCE BASIS. CH. 6 (2007). Из обсуждаемой статьи Куирина Ширмайера в Nature

Если все имеющиеся для Северного полушария данные по кольцам нарастания древесины за 1300 лет отложить на одном графике (рис. 3), то мы увидим фигуру, получившую название «хоккейная клюшка» — колебания вокруг некоторого среднего уровня (ручка клюшки) и крутой подъем вверху в конце ХХ века (крюк клюшки). Многие исследователи полагают, что вторая половина ХХ века была самым теплым пятидесятилетием за последние 1300 лет. Однако в самые последние десятилетия скорость прироста деревьев замедлилась, хотя температура, оцененная инструментально, продолжала расти. Злополучный «трюк», о котором сообщил в своем имейле бывший директор CRU Фил Джонс (Phil Jones), и сводился к тому, что данные по годовым кольцам роста он не приводил, а ограничивался данными инструментальных измерений (которые на самом деле несравненно более точные). Возникает, правда, вопрос: почему не происходило дальнейшего увеличения колец нарастания древесины несмотря на продолжающийся рост температуры. Точного ответа на этот вопрос пока нет, но, скорее всего, реакция растения при такой высокой температуре приблизилась к некоторому порогу, и характер зависимости стал другим.

В любом случае, повышение приземной температуры продолжается, и, как подчеркнула Сьюзен Соломон (Susan Solomon), в прошлом сопредседатель IPCC, «команда экспертов IPCC никогда бы не утверждала о наличии глобального потепления, основываясь только на одной группе свидетельств, даже если бы они исходили от самого пророка Моисея».

Источники:
1) Quirin Schiermeier. The real holes in climate science // Nature. 2010. V. 463. P. 284–287.
2) Climate of suspicion // Nature. 2010. V. 463. P. 269.
3) Dan Kahan. Fixing the communications failure // Nature. 2010. V. 463. P. 296–297.

См. также:
1) Susan Solomon et al. Irreversible climate change due to carbon dioxide emissions // PNAS. 2009. V. 106, no. 6. P. 1704–1709 (есть PDF всей статьи).
2) Richard Monastersky. Climate crunch: A burden beyond bearing // Nature. 2009. V. 458. P. 1091–1094.
3) Изменения климата за 15 лет: прогнозы и реальность, «Элементы», 18.05.2007.
4) Цель Киотского протокола не достигнута, но что дальше?, «Элементы», 30.10.2007.
5) Биосфера уже не справляется с избытком СО₂, «Элементы», 05.01.2008.

Алексей Гиляров