Парадоксы климата

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.