Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной? - Игорь Кароль

Невозможно оставить без внимания еще один вид измерений. Со времени появления в Антарктиде научных станций там (а также в Гренландии) проводится изучение проб льда (ледовых кернов), извлеченных с многометровых, а теперь уже даже километровых, глубин. Этот лед содержит пузырьки воздуха, оказавшиеся «законсервированными» еще с тех пор, когда данный пласт льда находился на поверхности и соприкасался с атмосферой. Современный анализ пузырьков и их ледового «контейнера» позволяет определить состав атмосферы того периода, концентрацию некоторых компонентов воздуха, а также его былую температуру. Но если такие измерения отличаются вполне удовлетворительной точностью, то о возрасте самого ледового керна судить по ним весьма затруднительно. Сколько раз путешествующие «в глубь веков» герои фантастических романов «промахивались» на один – два века, оказавшись не в той эпохе, в какой ожидали. Таков же удел полярников, совершающих «визит» в глубь льда, а по сути – в глубь времен, причем чем «длительнее вояж», тем труднее установить, «в какое время» они попали. Может возникнуть вопрос: зачем вообще нужны такие измерения: ценных рядов из них не составишь, какой эпохе они соответствуют, непонятно и пр. Как уже говорилось выше, палеоизмерения – наш единственный шанс докопаться до ответа на вопросы, связанные с эволюцией климата планеты, ее причинами и механизмами. Даже сохранившиеся хроники не содержат (и не могли содержать!) количественных характеристик былых природных явлений. Так, количественно оценивать температуру люди начали, по историческим меркам, недавно, с 1724 г., когда была впервые введена температурная шкала Фаренгейта (уже позже появились температурные шкалы Реомюра – в 1730 г.; Цельсия – в 1742 г. и Кельвина – в 1848 г.). Так что, случись какой-либо термический катаклизм даже в Средние века, его отголоски дошли бы до нас в летописях сообщениями типа «этот год был дюже холоден».

Накопленная на сегодняшний день информация во всем ее многообразии позволяет более или менее полно судить о состоянии климата в настоящем и отчасти в прошлом. Однако, разумеется, она не может ответить на вопрос, как будет меняться климат в будущем.

Единственным инструментом, способным оценить, какие изменения климата грядут, являются климатические модели. И от качества таких оценок, а главное, выводов, сделанных на их основе, зависит направление развития мировой политики и экономики (вспомните бурную полемику, развернутую вокруг подписании Киотского протокола, ограничивающего выбросы в атмосферу парниковых газов), а также здравоохранения, комплекса природоохранных мероприятий и много другого, определяющего нашу с вами жизнь.

Глава девятая

Гадание по… науке

Прогноз есть экстраполяция известного в неизведанное.

Модельные исследования климата

Задавались ли вы когда-нибудь вопросом: «Для чего существует та или иная наука, какова ее “сверхзадача”? Химия? Физика? Математика? Проведи мы такой опрос, уверены, мнения бы разделились. С климатологией в этом плане дело обстоит намного проще. Основное ее предназначение – в ответе на вопрос о климате в будущем. Обычному человеку нет дела до того, что было с климатом двадцать (сто, тысяча…) лет назад, да и климат сегодняшний (ведь его уже не изменишь!) интересен лишь через призму его грядущих изменений. Тут и извечное человеческое любопытство («что там ждет впереди?») и вполне прагматичный расчет: на предполагаемые изменения есть время адекватно отреагировать («предупрежден, значит, вооружен»).

Под решение объявленной «сверхзадачи» выстроена структура современной климатологии (да простят нас коллеги – метеорологи, гидрологи и др., это нисколько не принижает значимость их труда). Всесторонние измерения дают нам представление о прошлом и настоящем климата Земли. Анализ их результатов позволяет определить и оценить причины климатических пертурбаций. А знать эти причины нужно именно для того, чтобы правильно предсказать, как под их «патронажем» изменится климат в будущем.

Известный швейцарский физик В. Паули (1900–1958) шутил, что когда он предстанет перед Богом, то спросит Всевышнего о двух вещах: об уравнении объединения всех физических полей и об описании атмосферных процессов и будто бы услышит в ответ: «Уравнение – пожалуйста, а вот в атмосферных процессах я и сам ничего не могу понять». Львиная доля этой шутки приходится на истину.

Скажем прямо: абсолютно точно учесть протекающие в атмосфере и океане взаимовлияющие друг на друга процессы во всем многообразии и даже просто их пересчитать вряд ли возможно. Однако впадать по этому поводу в пессимизм все же не стоит. Лишь сравнительно небольшое количество таких процессов решающим образом сказывается на глобальном климате Земли. Остальные же участвуют только в формировании климата регионального (например, падение содержания озона над Антарктидой каждой весной, разумеется, проявляется при формировании антарктического климата, но неощутимо для климата, скажем, Евразии). Таким образом, если мы сможем корректно учесть вышеупомянутые основные процессы (а их список более или менее хорошо известен), то получим качественно правильную общую картину формирования глобального климата. Но для того чтобы эта картина оказалась более подробной и достоверной, придется заметно расширить набор учитываемых процессов, тем самым многократно осложнив себе задачу. Решать подобные задачи стало возможным только с появлением мощной вычислительной техники, позволяющей создавать сложные комплексные климатические модели и проводить огромный объем модельных вычислений.

Однако между словом и делом здесь дистанция огромного размера. Практически каждый из нас, вооружившись справочниками и внимательно прочитав воспоминания бывалых альпинистов, может вполне квалифицированно рассказать, как надо покорять Эверест, но многие ли в состоянии подкрепить свой рассказ личным примером? В который раз уже приходится констатировать чрезвычайную сложность климатической системы.

Даже если самонадеянно предположить, что нам известны все без исключения климатообразующие механизмы и их количественный вклад в изменение климата, то итоговое его изменение не есть результат механического сложения всех упомянутых вкладов (согласно принципу Ле Шателье, итоговое изменение всегда меньше такой «механической» суммы, но вот насколько меньше?). «Собака зарыта» в огромном количестве положительных и отрицательных обратных связей, где-то усиливающих, где-то ослабляющих действие основных климатообразующих механизмов. Учесть все их хитросплетения значительно сложнее, чем, к примеру, успешно противостоять в лесу туче мошкары, вознамерившейся одновременно атаковать каждый квадратный сантиметр твоего тела. Для ревнителей абсолютно точных решений ситуация безысходная, но если удовлетвориться решениями приближенными, все складывается гораздо оптимистичнее. Для этого нужно «всего-то» создать модель, правильно описывающую основные процессы и явления в их взаимодействии. Согласно словарю иностранных слов, «модель – схема, изображение или описание какого-либо предмета, явления или процесса в природе и обществе, изучаемые как их аналог».

Существуют две разновидности климатических моделей – аналоговые (статистические) и детерминистские. Аналоговые модели используют архивы данных измерений климатических элементов (температура воздуха, воды и почвы, скорость и направление ветра, интенсивность осадков, тип и балл облачности и др.) в данной области в течение продолжительного времени. Это «черный ящик», в котором устанавливаются статистические связи между «входящими» изменениями климатоформирующих факторов (обычно в большом регионе) и «выходящими» климатическими элементами в какойто его части или в отдельной точке – на метеостанции. Например, установив скорость увеличения приземной температуры Западной Сибири в период 1976–2010 гг. (см. прямую на рис. 2) и предположив, что она и далее будет расти с той же скоростью, мы легко определим ее значение в г. Омске в 2030 или 2040 г. По своей сути аналоговые модели являются диагностическими, т. е. численно отражают существующее и зафиксированное измерениями положение дел, но они мало пригодны для прогнозирования и «работают» только при сохранении связей в климатической системе региона в рассматриваемый период времени.

Приведем «гастрономическую» аналогию. Положим, вам предстоит отсутствовать пять дней. Дома остается ваш достаточно взрослый ребенок, который обожает сосиски и в среднем за обедом съедает по три штуки. Спрогнозировав расход, вы оставляете в холодильнике 15 сосисок. Если размеренный уклад жизни вашего чада сохранится – всё в порядке. А если условия хозяйствования поменяются? И отсутствие родительского контроля повлечет за собой повышенную активность, а с ней – усиление среднестатистического аппетита до размера волчьего?