Парадоксы климата

Резюмируем сказанное: климатический мониторинг ответственен за поставку достоверных фактов и призван давать ответы на вопросы «что?», «где?» и «когда?», а предназначение моделирования – в истолковании этих фактов с позиции современных знаний и в ответах на вопросы «как?» и «почему?».

Остановимся на нескольких фактах, которые модели могут занести себе в актив. В 1970–80-е гг., когда основным объектом исследований была атмосфера (см. таблицу 5, с. 175), проводилось интенсивное модельное изучение формирования и поведения ее газовых составляющих. В то время основную часть общего объема поступающей информации составляли модельные результаты, поскольку возможности атмосферного мониторинга были крайне скудны. Как следствие, очень низкие, практически недоступные измерениям того времени концентрации атмосферных радикалов (гидроксила, атомарного кислорода и др.) определялись с помощью модельных расчетов, правильность которых подтвердилась дальнейшими измерениями. Тогда же именно модели предсказали наличие в атмосфере хлористого нитрозила ClONO₂

, который лишь впоследствии был обнаружен в пробах воздуха.

Чуть позже, во второй половине 1980-х гг., были развернуты исследования, посвященные возможным последствиям ядерной войны. Модельные оценки (до «натурных экспериментов», подтверждающих правоту моделей, к счастью, дело не дошло) показали, что в результате массового применения ядерного оружия в климатической системе установится режим «ядерной зимы», когда резкое увеличение концентрации аэрозоля (продуктов массовых пожаров) на продолжительный срок приведет к росту оптической толщины атмосферы, значительной трансформации в ней радиационных и динамических процессов и появлению в тропиках губительных для растительности низких температур.

Упомянутые примеры интересны только узкому кругу специалистов. Другое дело – предсказания климата будущего, они затрагивают каждого человека. Для обычного человека этот интерес ограничен, как правило, сугубо практическими вопросами: какую одежду взять с собой на курорт, стоит ли планировать лыжные каникулы под Петербургом ближайшей зимой или как уменьшить риск попадания в зону участившихся в последние годы природных катаклизмов. Но для моделиста сделанный им прогноз – это и очередной шаг в познании климата, и определенная ответственность, так как с учетом его прогноза зачастую принимаются важные хозяйственно-экономические, а то и политические решения. «Позвольте! – вправе возразить читатель. – О какой ответственности может идти речь, если моделисты не в состоянии, как было сказано выше, получить идентичные результаты даже при проведении вычислений разными моделями с одинаковыми параметрами». Что ж, если результаты отдельно взятой модели не вызывают доверия, можно рассмотреть комплекс результатов, полученных с помощью всех моделей (а их в мире – несколько десятков), участвующих, например, в программе их сравнения. Поскольку все они созданы на одних принципах, но независимо друг от друга, то эти результаты могут представлять собой статистический ансамбль, и, проведя их обработку по всем правилам математической статистики, мы получим наиболее вероятное значение («математическое ожидание») климатического элемента, например температуры воздуха или количества осадков, а также границы его вероятных изменений («среднеквадратическое отклонение»).

Успешность такого подхода уже нашла свое подтверждение. Из-за нелинейности климатической системы (этим термином кратко обозначают весь комплекс сложных взаимодействий между отдельными ее компонентами) модельные расчеты ее эволюции могут оказаться различными даже при малых возмущениях в начальных условиях (т. е. стартовых значениях модельных параметров). Поэтому в исследованиях реакции климатической системы на те или иные внешние воздействия (как в прошлом, так и в будущем) опять же важно использовать ансамблевый подход – повторять расчеты для одного и того же временного интервала при одном и том же внешнем воздействии, но стартуя от разных начальных условий.