Спустя 40 лет исследователи наконец-то более ясно видят климатическую судьбу Земли.

Знаменательное исследование сужает границы «чувствительности к климату», исключая доброкачественное потепление

• 22 июля 2020 г.
• Пол Воозен

Делиться:

Кажется, такой простой вопрос: насколько горячей станет Земля? Тем не менее в течение 40 лет ученые-климатологи повторяли один и тот же неудовлетворительный ответ: если люди удвоят количество углекислого газа в атмосфере (CO₂) по сравнению с доиндустриальным уровнем, планета в конечном итоге нагреется на 1,5–4,5 °C — температурный диапазон, который охватывает все, от просто тревожного подъема до катастрофического.

Теперь, предприняв знаменательное усилие, группа из 25 ученых значительно сузила границы этого критического фактора, известного как чувствительность к климату. Оценка, проведенная в рамках Всемирной программы исследований климата (ВПИК) и опубликованная на этой неделе в Обзоры геофизики, опирается на три группы доказательств: тенденции, на которые указывает современное потепление, новейшее понимание эффектов обратной связи, которые могут замедлить или ускорить изменение климата, и уроки древнего климата. Они поддерживают вероятный диапазон потепления от 2,6 ° C до 3,9 ° C, говорит Стивен Шервуд, один из ведущих авторов исследования и климатолог из Университета Нового Южного Уэльса. «Это число, которое действительно определяет, насколько сильным будет глобальное потепление».

Новое исследование является результатом десятилетий достижений в науке о климате, говорит Джеймс Хансен, знаменитый климатолог НАСА на пенсии, который помог создать первый диапазон чувствительности в 1979 году.«Это впечатляющее, всестороннее исследование, и я говорю это не только потому, что согласен с результатом. Тот, кто руководил этим, заслуживает нашей благодарности».

Человечество уже выбросило достаточно CO₂ быть на полпути к точке удвоения 560 частей на миллион, и многие сценарии выбросов предполагают, что планета достигнет этого порога к 2060 году. В отчете подчеркиваются риски такого курса: сокращения выбросов. «Для людей, надеющихся на что-то лучшее, эти надежды менее основаны на реальности», — говорит Дэвид Виктор, исследователь климатической политики из Калифорнийского университета в Сан-Диего, который не участвовал в исследовании.

Оценка чувствительности ВПИК предназначена для использования Межправительственной группой экспертов ООН по изменению климата (МГЭИК), когда она опубликует свой следующий крупный отчет в 2021 или 2022 году. еще. Более четкое представление об этих последствиях могло бы во многом побудить местные органы власти сократить выбросы и адаптироваться к потеплению, говорит Дайана Рекиен, эксперт по климатическому планированию из Университета Твенте. «Уменьшение неопределенности может потенциально побудить больше юрисдикций действовать».

Исследование рассеивает неопределенность, вызванную последними моделями климата. Модели исторически использовались для оценки чувствительности, начиная с 1979 года, когда была проведена первая в мире комплексная оценка CO.₂-обусловленное изменением климата. Тем летом на встрече в Вудс-Хоул, штат Массачусетс, под руководством Жюля Чарни ученые подготовили документ, известный с тех пор как отчет Чарни, в котором предсказывалось потепление CO на 1,5–4,5 °C.₂ удвоение. Эти цифры, частично основанные на модели, разработанной Хансеном, сохранялись гораздо дольше, чем кто-либо мог себе представить: в последнем отчете МГЭИК от 2013 года указан тот же диапазон.

Последние модели предполагают, что диапазон может быть даже выше. Они нагреваются, некоторые предсказывают потепление более чем на 5 ° C для CO.₂ удваиваются, по-видимому, из-за того, как они отображают облака, особенно над Южным океаном. Тем не менее, эти высококачественные модели изо всех сил пытаются точно воссоздать климат 20-го века, что подрывает их доверие. Такие модели играют лишь вспомогательную роль в новой оценке, говорит Роберт Копп, специалист по климату из Университета Рутгерса в Нью-Брансуике, не участвовавший в этой работе. «Теперь у нас есть достаточно независимых доказательств того, что нам не нужно использовать климатические модели в качестве собственной линии».

Исследование ВПИК стало результатом семинара 2015 года в Шлосс Рингберг, замке в Баварских Альпах. Многие участники были недовольны процессом МГЭИК и хотели посмотреть, как физические механизмы могут устанавливать границы диапазона чувствительности. «Работайте над концами, а не над серединой», — говорит Бьорн Стивенс, специалист по облакам из Института метеорологии Макса Планка, редактировавший отчет WCRP вместе с Сандрин Бони из Института Пьера Симона Лапласа. Шервуд и Марк Уэбб, климатолог из Метеорологического бюро Соединенного Королевства, согласились возглавить работу.

Первым доказательством, которое они рассмотрели, было современное потепление. С начала ведения учета в 1800-х годах средняя температура поверхности повысилась на 1,1 °C. Продолжение этой тенденции в будущем приведет к потеплению в нижней части диапазона. Но недавние наблюдения показали, что планета нагревается неравномерно; в частности, потепление почти не затронуло части восточной части Тихого океана и Южного океана, где поднимаются холодные глубокие воды и поглощают тепло. В конце концов, модели и палеоклиматические данные предполагают, что эти воды нагреются, не только устранив поглотитель тепла, но и стимулируя образование облаков над ними, которые будут улавливать больше тепла. Корректировка прогнозов температуры с учетом этого факта исключает оценки с низкой чувствительностью, говорит Кейт Марвел, климатолог из Института космических исследований имени Годдарда НАСА.

Во-вторых, команда исследовала индивидуальные климатические отклики.Некоторые из них, такие как согревающий эффект водяного пара, хорошо известны. Но облака, которые могут охлаждать или нагревать планету в зависимости от того, как они отражают солнечный свет и удерживают тепло, долгое время были дикой картой. В частности, ученые-климатологи хотят понять слои слоисто-кучевых облаков, которые формируются у береговой линии. Если они станут более обширными в ответ на потепление, как некоторые подозревают, они могут иметь охлаждающий эффект.

Несколько лет назад набор моделей облаков с высоким разрешением выявил две обратные связи, которые имели бы противоположный эффект: истончение облаков и усиление потепления. В моделях более высокие температуры позволяли большему количеству сухого воздуха проникать в тонкие облака сверху, предотвращая их сгущение. В то же время более высокий уровень CO₂ Уровни задерживают тепло у вершин облаков, подавляя турбулентность, которая приводит к образованию большего количества облаков. С тех пор спутники наблюдали эту динамику в более теплых, чем в среднем частях атмосферы. «Растет консенсус в отношении того, что обратная связь [облаков] положительна, но не очень велика», — говорит Торстен Мауритсен, климатолог из Стокгольмского университета.

Наконец, команда изучила записи о двух климатических условиях прошлого — 20 000 лет назад, на пике последнего ледникового периода, и теплом периоде 3 миллиона лет назад, когда в последний раз атмосферный CO₂ уровни были аналогичны сегодняшним. Недавняя работа предполагает, что чувствительность климата не является фиксированным свойством планеты, а меняется со временем. Например, в теплые периоды отсутствие ледяных щитов, вероятно, повышало чувствительность. Записи древних температур и CO₂ Уровни позволили команде определить чувствительность 2,5°C и 3,2°C для холодного и теплого периодов соответственно. «Это действительно всеобъемлющее исследование», — говорит Джессика Тирни, палеоклиматолог из Университета Аризоны, которая не участвовала в отчете. По ее словам, даже для самого холодного климата вероятность чувствительности ниже 2°C кажется незначительной.

Собрать три линии улик было огромной задачей.Но связать их вместе для единого прогноза было еще сложнее, говорит Марвел. Команда использовала байесовскую статистику для обработки собранных данных, что позволило исследователям проверить, как их предположения влияют на результаты. По словам Тирни, «настоящее преимущество» байесовской статистики заключается в том, что она позволяет неопределенностям на каждом этапе влиять на конечный результат. По словам Марвел, соавторы часто сталкивались друг с другом. «Это был такой долгий и болезненный процесс». Окончательный диапазон представляет собой доверительный интервал 66%, соответствующий традиционному «вероятному» диапазону МГЭИК. Группа ВПИК также рассчитала 90-процентный доверительный интервал, который колеблется от 2,3°C до 4,7°C, что оставляет небольшую вероятность потепления выше 5°C.

В любом случае, в отчете есть простой вывод, говорит Шервуд: удвоение выбросов CO₂ почти гарантирует потепление более чем на 2°C. «Три основные линии доказательств очень трудно согласовать с нижней границей чувствительности климата».

В последние годы уменьшилась еще одна неопределенность в отношении будущего климата: глобальные выбросы вряд ли достигнут наихудших сценариев, разработанных МГЭИК 15 лет назад, что исключает некоторые прогнозы экстремального потепления. «Мы на световые годы опережаем то, что было в 1979 году», — говорит Рето Кнутти, соавтор и климатолог из ETH Zurich.

К сожалению, годы работы, необходимые для достижения этой уверенности, дорого обошлись: 4 десятилетия дополнительных выбросов и глобального потепления, которые не ослабевают.