научная статья по теме К ВОПРОСУ О ГЛОБАЛЬНОМ ИЗМЕНЕНИИ КЛИМАТА Геофизика

Текст научной статьи на тему «К ВОПРОСУ О ГЛОБАЛЬНОМ ИЗМЕНЕНИИ КЛИМАТА»

УДК 551.524.3:551.583

К вопросу о глобальном изменении климата

Н. В. Вакуленко*, Р. И. Нигматулин*, Д. М. Сонечкин*

Рассматривается вопрос о наличии альтернативы сценарию все ускоряющегося потепления климата, которое предсказывается из-за антропогенного увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере. с помощью вейвлетов сравниваются ряды средней глобальной температуры воздуха, построенные по данным измерений и моделирования. Установлено, что с помощью современных климатических моделей нельзя разрабатывать сценарии изменения климата на следующие десятилетия. Предлагается сценарий, основанный на реальных особенностях вариаций глобальной температуры. согласно этому сценарию, в ближайшие десятилетия не только сохранится продолжающаяся уже 15 лет стабилизация температуры, но и возможно некоторое похолодание.

Ключевые слова: глобальное изменение климата, вариации средней глобальной температуры нижней тропосферы, вейвлетное преобразование, циклы гелиомагнитной активности и обращения Солнца, стабилизация температуры.

Вопрос о причинах потепления климата за весь период инструментальных метеонаблюдений (—150 лет) до настоящего времени является темой бурных дискуссий. Согласно последнему докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), на следующие два десятилетия для целого ряда сценариев выбросов парниковых газов прогнозируется потепление приблизительно на 0,2°С за десятилетие ([5], с. 12). Сторонники антропогенного происхождения современного потепления климата сначала отрицали тот факт, что после 1998 г. температура перестала увеличиваться (далее под температурой будем иметь в виду отклонение глобально осредненных значений приземной температуры воздуха и температуры поверхности океанов и морей от их климатической нормы за весь период инструментальных наблюдений). Только в 2008 г. в журнале "Science" была опубликована заметка Р. А. Керра [10], в которой изменение температуры за 1999—2008 гг. было оценено как равное 0,07 + 0,07°С, т. е. фактически отсутствующее. При этом Керр сослался на десять длительных интегрирований модели английского Центра климатических исследований им. Дж. Хедли. Он отметил, что при общем повышении температуры к концу XXI в. на 2°С в этих интегрированиях было 17 пауз длительностью по 10 лет, а паузы длительностью 15 лет были редки. Поэтому Керр сделал вывод, что в ближайшие годы температура резко повысится, поскольку реализуется накопленный за время текущей паузы потенциал парникового эффекта. Однако предсказанного Керром скачка не произошло. Пауза в потеплении продолжается уже 15 лет. Поэтому для обсуждения предлагается вопрос о наличии альтернативного сценария такому развитию современного изменения климата, которое предсказывает МГЭИК.

* Институт океанологии им. П. П. Ширшова Российской академии наук; e-mail: dsonech@ ocean.ru

В связи с этим рассмотрим ряды температуры, которые регулярно пополняются текущими данными и уточняются в Университете Восточной Англии (ряд CRU), американском Центре климатических данных (NCDC) и американском Институте космических исследований им. Р. Г. Годдарда (GISS). В двух из этих рядов (тренд CRU = -0,08°С, тренд NCDC = -0,04°С/10 лет) изменение температуры за 2001—2010 гг. в среднем было оценено как отрицательное (http://www.climate4you.eom/GlobalTemperatures.htm#Estimates of recent global temperature change). Только в ряду GISS, построенном американскими климатологами, известными своей особой приверженностью к антропогенной гипотезе, изменение температуры за этот период было оценено как формально положительное (тренд ряда GISS равен 0,01°С/10 лет). Таким образом, невозможно определить, какой из этих трех рядов (имеющих, к тому же, несколько одновременно публикуемых версий, как, например, ряд CRU) ближе к истино-ному. Все исследователи используют примерно одни и те же исходные данные, но методики их усвоения различаются. По мнению авторов этой статьи, версия HADCRUT3 ряда CRU кажется наиболее точной, потому что данные за последние годы лучше соответствуют изменению средней глобальной температуры нижней тропосферы по данным спутниковой спектрометрии (см. вышеупомянутый сайт). Однако международная комиссия, изучившая качество ряда CRU после хакерской атаки на почтовый сервер Университета Восточной Англии, оценила методику его составления с формальной статистической точки зрения как недостаточно строгую. Ряды NCDC и GISS начинаются только с 1880 г. (а не с 1850 г., как ряд CRU), поскольку их разработчики считают количество и качество данных наблюдений в более ранние годы недостаточными для сколько-нибудь достоверного анализа. Методика составления ряда NCDC наиболее близка к той, что используется в современных вариантах объективного анализа для численных прогнозов погоды. В целом этот ряд, за исключением мелких деталей, близок к ряду CRU. Методика составления ряда GISS критикуется многими исследователями за субъективное преувеличение современного потепления. В частности, по состоянию на декабрь 2013 г. в ряду GISS наиболее теплым является 2010 г. Однако и в этом ряду видно существенное замедление (практически приостановка) потепления в первом десятилетии XXI в.

В процессе подготовки данной статьи были проанализированы все три ряда, включая все поддерживаемые версии ряда CRU. В данной статье полученные результаты рассматриваются на примере только одного ряда. Чтобы исключить любые обвинения в предвзятости, был выбран "алармистский" ряд GISS. Как средство анализа, прежде всего было использовано вейвлетное преобразование рядов температуры с первой производной гауссиана в качестве вещественной вейвлетной функции. Это позволило аккуратно выявить локальные по времени линейные тренды не только в диапазоне масштабов 10—15 лет, который рассматривал Керр, но и в гораздо более широком диапазоне (от года до столетия). Такой анализ локальных трендов температуры еще никто не проводил. Следует отметить, что это вейвлетное преобразование, как и другое с комплексной функцией Морле, которое обсуждается во второй половине статьи, нечувствительно к постоянным составляющим преобразуемых рядов. Поэтому, в принципе, не имело значения, за какой период времени были рассчитаны климатические нормы в рассматриваемых рядах.

1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000

Рис. 1. Картина вейвлетного преобразования ряда средней глобальной температуры воздуха GISS, построенного в американском Центре климатических данных.

В качестве вейвлетной функции использована первая производная гауссиана, выявляющая локальные линейные тренды температуры. Остальные пояснения приведены в тексте.

На рис. 1 показаны ряд GISS после его 12-месячного скользящего осреднения и картина его вейвлетного преобразования на плоскости календарное время — временной масштаб. Области, где локальный тренд температуры был значимо отрицательным, выделены на рис. 1 голубым цветом, области незначимого тренда оставлены белыми, а области значимо положительного тренда отмечены пурпурным цветом. Области кроме выделенных пурпурным цветом, вслед за Керром, трактуются как "паузы" в современном потеплении. Черными линиями ограничены краевые зоны, где картину вейвлетного преобразования искажают эффекты, возникающие из-за конечности преобразуемого ряда.

В диапазоне масштабов примерно от 10 до 15 лет внутри центральной неискаженной зоны вейвлетного преобразования видны десять пауз потепления. Текущая (одиннадцатая) пауза находится уже в потенциально искаженной зоне вейвлетного преобразования, поэтому детально не рассматривается. Длительность семи неискаженных пауз не превышала семи лет, а длительность еще трех пауз, наблюдавшихся в 1890—1900-х, 1940—1950-х и 1960—1970-х годах (и, возможно, паузы 1880-х годов, видимой внутри искаженной зоны вейвлетного преобразования), составляла 13—15 лет. Следовательно, такая длительность характерна для пауз в реальной динамике климата, а не редка, как в упомянутой Керром английской модели. Это свидетельствует о занижении этой моделью сверхнизкочастотной климатической изменчивости, что, впрочем, свойственно всем климатическим моделям, на данные интегрирования которых опирался доклад МГЭИК [13].

Если принять во внимание, что текущей паузе предшествовало резкое увеличение температуры в 1998 г. до максимального значения, а все прошлые столь же долгие паузы также следовали за похожими ситуациями (максимум 1943 г., видимый во всех рядах, и максимум 1878 г., зафиксированный в более длинном ряду CRU), то можно ожидать, что и текущая пауза еще продолжится.

Более того, пара долгих пауз 1940-х и 1960-х годов, а также возможно искаженная пара подобных пауз 1880-х и 1900-х годов сливаются на картине вейвлет-ного преобразования в масштабах более 20 лет, указывая на периоды похолодания глобального климата, продолжавшиеся до начала 1970-х и 1910-х годов соответственно. Эти парные паузы и следовавшие за ними потепления 1920— 1930-х и 1970—1990-х годов составили 55—65-летнее колебание, два периода которого охватили все время инструментальных наблюдений. Это колебание уже давно было выявлено в ходе исследования общей циркуляции атмосферы [3, 4, 11, 16, 17]. По аналогии с рассмотренной картиной, многие исследователи ожидают наступления третьего периода этого колебания: несмотря на то что текущая пауза через 10—20 лет может смениться периодом увеличения температуры, в дальнейшем возможна новая длительная пауза.

Такая перспектива современного изменения климата рассмотрена еще в 2004 г. авторами работы [4]. Для ее обоснования были использованы данные анализа вейвлетного преобразования рядов разности значений температуры Северного и Южного полушарий, а также наиболее употребительных индексов общей циркуляции атмосферы (южного и североатлантического колебаний, изменений уровня Каспийского моря и хода осадков в зоне пустыни Сахель). Установлено, что экстремумы в рядах всех рассмотренных индексов наблюдались чуть раньше абсолютных максимумов глобальной температуры (1878, 1943 и 1998 гг.).

Можно предположить, что все эти экстремумы были результатом какого-то общего внешнего воздействия на климатическу

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком