ИЗВЕСТИЯ РАИ. ФИЗИКА АТМОСФЕРЫ И ОКЕАНА, 2008, том 44, № 6, с. 797-803
УДК 551.524.3
О НАДЕЖНОСТИ ТЫСЯЧЕЛЕТНИХ РЕКОНСТРУКЦИЙ ХОДА ПРИЗЕМНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЗДУХА СЕВЕРНОГО ПОЛУШАРИЯ
© 2008 г. Н. М. Даценко*, Д. М. Сонечкин**
*Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации 123242 Москва, Большой Предтеченский пер., 11/13 **Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997 Москва, Нахимовский просп., 36 E-mail: dsonech@mecom.ru Поступила в редакцию 13.06.2007 г., после доработки 24.10.2007 г.
Обсуждается вопрос о надежности недавно опубликованных реконструкций хода приземной температуры воздуха Северного полушария в течение последних 2000 лет. Для этого рассчитаны энергетические спектры двух наиболее известных реконструкций (Манна и др. и Моберга и др.) и сделано их сравнение со спектрами 150-летнего ряда температуры, основанного на инструментальных наблюдениях, и моделированного тысячелетнего ряда. Найдено, что реконструкция Манна и др. сильно занижает низкочастотные колебания температуры, а реконструкция Моберга и др. воспроизводит их гораздо лучше, хотя все же с некоторой недооценкой, а не переоценкой, как утверждали недавно Манн и его коллеги.
1. ВВЕДЕНИЕ
Несмотря на то, что недавно опубликованный доклад межправительственной группы экспертов по изменению климата [1] объявляет антропогенное воздействие главной причиной современного потепления климата (СПК), дебаты по этому вопросу не ослабевают. Тому имеются веские основания.
Современные климатические модели, хотя и усовершенствованы за время после предыдущего доклада [2], но еще далеки от того, чтобы их можно было считать неоспоримым рефери в решение вопроса о природе СПК. Несовершенство этих моделей видно, например, в том, что приостановка роста глобальной и обеих среднеполушарных температур после максимумов, достигнутых ими в 1998 г., не была предсказана ни одной из моделей. Конечно, эта приостановка продолжается пока всего девять лет. Однако в [3] было показано, что масштабно-временная структура ряда индексов, принятых для мониторинга современного климата, таких как ЭНЮК [4], САК [5], осадков Сахеля и уровня Каспия, похожа на структуру, уже наблюдавшуюся у этих индексов в 19401960-е гг. во время первой, гораздо более длительной, приостановки современного потепления. Некоторые полагают (см., например, [6, 7]), что обе приостановки связаны с циклическими изменениями на Солнце.
Климатические модели конца XX века смогли воспроизвести ту первую приостановку только задним числом после модификации их радиационных блоков на учет эффектов аэрозоля.
Аэрозольная модификация радиационного блока моделей правильна в принципе. На ее необходимость давно указывал К.Я. Кондратьев (см. одну из его последних публикаций [8], где есть многочисленные ссылки на его собственные и другие более ранние работы). Однако сделанная модификация, возможно, была утрирована с целью подгонки к нужному результату - воспроизведению той первой приостановки потепления [9].
В ситуации, когда моделирование еще не может рассматриваться как безусловный арбитр, сравнение СПК с палеоклиматическими аналогами, в особенности его сравнение со средневековым теплым периодом (СТП), имевшим место примерно 1000 лет назад, остается важнейшим средством прояснения природы СПК. Для этого весьма важно оценить сравнительную достоверность опубликованных за последнее десятилетие реконструкций 2000-летнего хода среднегодовой, осредненной по Северному полушарию приземной температуры воздуха. Принципиально различаются две такие реконструкции: Манна и др. [10-12] и Моберга и др. [13]. Это принципиальное различие было отмечено в редакционных статьях журнала NATURE [14], где была опубликована реконструкция Моберга и др., и журнала Science [15]. Реконструкция Манна и др. получила прозвище "хоккейной клюшки" [15], ибо она представляет период времени с XI до XIX века как постепенное похолодание, за которым следует резкое и короткое СПК. Реконструкция Манна и др. была упомянута в докладе IPCC2001 [2] как подтверждающая беспрецедентность СПК и, следовательно,
косвенно свидетельствующая об антропогенной природе СПК. По контрасту реконструкция Мо-берга и др. была прозвана "бумерангом" [15], ибо в ней СТП и СПК примерно одинаково выражены и разделены резким малым ледниковым периодом (МЛП) ХУ1-ХУ11 веков. Реконструкция Мо-берга и др. упоминается в докладе 1РСС2007 взамен реконструкции Манна и др.
Манн и его коллеги старались показать [16], что реконструкция [13] ошибочно использует косвенные палеоклиматические данные низкого временного разрешения (десятки лет), а потому завышает низкочастотные колебания температуры. Они также утверждали, что немецкая климатическая модель ЕСНО-в [17], тысячелетнее интегрирование которой показало хорошее соответствие с реконструкцией [13], также завышает низкочастотные колебания температуры. Для этого они искусственно генерировали палеоклиматические ряды с высоким и низким временным разрешением, а затем реконструировали температуру Северного полушария с помощью случайно выбранного множества таких "псевдорядов". Ряды высокого разрешения (дендрохронологии, кораллы и др.) генерировались путем простого наложения "белого шума" на температурные ряды, получаемые на выходе климатической модели в выбранных точках полушария. Ряды низкого разрешения генерировались точно так же, но после предварительного временного сглаживания модельных рядов. Уже отсюда следовало, что палеоклиматические ряды низкого разрешения хуже, чем высокоразрешающие ряды, и только последние надо использовать в реконструкциях (это одна из методических основ метода реконструкции Манна и др.).
Обратим, однако, внимание на то, что высокоразрешающие дендрохронологии и ряды срезов кораллов известны как почти нечувствительные к вековым и многовековым колебаниям климата, в то время как многие ряды низкого временного разрешения чувствительны именно к таким низкочастотным колебаниям. К тому же сам использованный в [16] способ создания "псевдорядов" неверен, ибо ошибки всех видов косвенных па-леоклиматических рядов совсем не являются "белым шумом". Пренебрежение коррелированно-стью шумов палеоклиматических рядов приводит к занижению низкочастотной компоненты хода температуры, как это уже было продемонстрировано, например, в [18, 19]. Соглашаясь с этим, подчеркнем, что ошибки палеоклиматических рядов, вероятно, даже более "красношумовые" (т.е. имеют большие, почти систематические смещения), чем временны е изменения самой реконструируемой температуры. В сочетании с конечной длительностью любых реальных палеоклиматических рядов это приводит к систематическому занижению реконструируемых колебаний темпе-
ратуры, тем более сильному, чем ближе период реконструируемого колебания к общей длине рассматриваемых рядов. Это было продемонстрировано недавними расчетами так называемой дисперсии Аллана для искусственно генерированных и реальных реконструкций [20]. Вообще, моделирование рядов косвенных палеоклиматических индикаторов является несравненно более сложным, чем сначала представляется.
Что касается критики Манном и др. климатической модели ЕСНО-в, то эта модель, конечно, далеко не идеально воспроизводит ход реальной температуры. Недавно было показано [21], что в сравнении с данными реанализов КСЕР-КСАИ и ЕИА-40 эта модель занижает (примерно на 20%) сезонную и междугодовую изменчивость полей геопотенциала 500 гПа Северного полушария, являясь в этом отношении одной из умеренно "сглаживающих" из числа 19-ти рассмотренных в [21] климатических моделей. Многие другие модели, особенно модели Института Макса Планка, модели в188 и климатического центра Китая, согласно [21], существенно переоценивают сезонную и междугодовую изменчивость. Эти модели, уж точно, не следует использовать как эталоны естественной изменчивости. Конечно, изменчивости полей геопотенциала и температуры в природе связаны сложным образом. Поэтому необязательно, что ЕСНО-в занижает также температурные колебания, тем более что многодекадные и вековые колебания вообще не могли быть рассмотрены в этом исследовании из-за всего 40-летней длины ряда реанализов.
Реконструкция Манна и др. была раскритикована не только авторами данной статьи [22-25]. В результате, сенат США создал специальную рабочую группу экспертов для рассмотрения вопроса о сравнительной надежности опубликованных тысячелетних реконструкций [26]. Эксперты заключили, что МЛП, безусловно, был наиболее холодным периодом за последние 500 лет, говорить же, был ли СТП холоднее или теплее, чем СПК еще преждевременно.
Суммируя все вышесказанное, нам кажется весьма вероятным, что не реконструкция Мобер-га и др. завышает низкочастотные колебания температуры, а, наоборот, реконструкция Манна и др. занижает их интенсивность (особенно вековых и многовековых колебаний температуры). Чтобы совсем в этом удостовериться, в следующем разделе данной статьи мы проводим сравнительный анализ энергетических спектров обеих реконструкций.
0.2 г
2 -0.2 &
£-0.4 о а £
£-0.6
§-°.8
о к
< -1.0
-1.2 -1.4
• Моберг ЕСИО-О
Манн - Инструм
500
1000 Год
1500
2000
Рис. 1 Временны е ряды хода среднегодовой приземной температуры воздуха, осредненной по территории Северного полушария, представленные в реконструкциях Манна и др. [11], Моберга и др. [13] и в выходном продукте тысячелетнего интегрирования климатической модели БСЫО-О [10]. Показан также ряд, построенный в Университете Восточной Англии по данным инструментальных наблюдений в течение последних 150 лет [27]. Все четыре ряда показаны при 50-летнем скользящем осреднении.
2. СРАВНИТЕЛЬНЫМ СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ РЕКОНСТРУКЦИЙ МАННА И МОБЕРГА
Чтобы оценить достоверность различных тысячелетних палеоклиматических реконструкций, опубликованных в течение последнего десятилетия, необходимо иметь какой-то эталонный ряд для сравнения. Для сравнения высокочастотных (междугодовых и декадных) колебаний в качестве эталона может быть использован построенный на основе инструментальных наблюдений, регулярно уточняемый и пополняемый новыми данными в Университете Восточной Англии [27
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.