Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие - нет

Сильвер Нейт

И, наконец, в моделях имеется структурная неопределенность. Именно этот вид неопределенности вызывает вполне оправданное беспокойство и климатологов, и их критиков, поскольку ей сложнее всего дать количественную оценку. Она связана с тем, насколько хорошо мы понимаем динамику климатической системы и насколько хорошо можем представить ее с математической точки зрения. Структурная неопределенность может немного повыситься со временем, и ошибки в динамических моделях (к которым относятся и климатические) могут усиливать сами себя.

По словам Шмидта, в совокупности эти три типа неопределенности проявлялись на минимальном уровне еще за 20–25 лет до начала климатического прогнозирования. Иными словами, мы можем достаточно определенно знать, сколько CO₂ попадет в атмосферу, однако совершенно не представляем, какое влияние будут оказывать ENSO, извержения вулканов и солнечный цикл.

Как это часто бывает, первый отчет МГЭИК, опубликованный в 1990 г., оказался в пределах этого славного 20-летнего периода, равно как и некоторые из ранних прогнозов, сделанных Джеймсом Хансеном в 1980-е гг. Иными словами, пришло время оценить правильность прогнозов. Насколько удачными они оказались?

Температурные рекорды

Для того

чтобы оценить правильность предсказания, нужен прежде всего соответствующий инструмент измерения. И здесь климатологам выбирать особо не из чего. Существуют четыре основные организации, выполняющие расчеты глобальных температур на основании данных термометров на наземных и морских станциях по всему миру. Это НАСА {854} (к которой относится GISS [165] {855} ), NOAA [166] {856} (осуществляющая руководство работой Национальной службы погоды) и метеорологические организации в Великобритании {857} и Японии {858} .

854

«Global Land-Ocean Temperature Index in 0.01 Degrees Celsius Base period: 1951–1980», Goddard Institute of Space Studies, NASA. http://data.giss.nasa.gov/gistemp/tabledata_v3/GLB.Ts+dSST.txt.

165

GISS (Goddard Institute for Space Studies) – Институт космических исследований имени Годдарда.

855

GISS расшифровывается как Goddard Institute of Space Studies (Институт космических исследований Годдарда). Некоторые ученые предпочитают данные НАСА/GISS, поскольку в них лучше учитывается происходящее в Арктике и некоторых других регионах с редко встречающимися станциями контроля за температурой. Это может иметь потенциально больше значение, поскольку потепление в Арктике происходит значительно сильнее, чем в других частях мира.

166

NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) – Национальная администрация по проблемам океана и атмосферы.

856

Global Temperature Anomalies, National Atmospheric and Oceanic Association. ftp://ftp.ncdc.noaa.gov/pub/data/anomalies/annual.land_ocean%20.90S%20.90N.df_1901-2000mean.dat.

857

Climatic Research Unit, School of Environmental Sciences, University of East Anglia. http://www.cru.uea.ac.uk/cru/data/temperature/hadcrut3gl.txt.

858

Japan Meteorological Agency. http://www.data.kishou.go.jp/climate/cpdinfo/temp/list/an_wld.html.

Не так давно свой вклад начали вносить данные наблюдений, полученные со спутников. Наиболее часто используемые записи спутниковых данных поступают из Алабамского университета в Хантсвилле от частной компании, которая называется «Системы дистанционного зондирования» (Remote Sensing Systems) {859} . Спутники не измеряют температуру напрямую, они рассчитывают ее значение, измеряя интенсивность микроволнового излучения. Однако выполненные спутниками расчеты температур нижних слоев атмосферы {860} позволяют достаточно точно оценить температуру поверхности планеты {861} . Также температурные данные из разных источников различаются по времени, с которого они проводились. Самыми старыми являются наблюдения, выполненные британским метеорологическим ведомством начиная с 1850 г.; самыми молодыми считаются спутниковые данные, которые собирают с 1979 г. Кроме этого, температурные рекорды оцениваются в сравнении с различными базовыми значениями. Например, значения температур в НАСА/GISS приводятся относительно средних температур с 1951 по 1980 г., а температуры NOAA – относительно среднего значения за весь XX в.

859

Обратите внимание на то, что два типа спутниковых данных отчасти используют одни и те же базовые данные.

860

В некоторых видах анализа ошибочно использовались спутниковые данные о температуре верхних, а не нижних слоев атмосферы. Верхние слои атмосферы не обязательно будут нагреваться вследствие парникового эффекта (по сути, они, наоборот, могут охлаждаться).

861

Хотя спутниковая техника чуть менее точна, поскольку полагается на косвенные данные, она обладает рядом преимуществ по сравнению с измерением температуры на основе данных термометров, как в традиционных источниках. В частности, эти показатели не подвержены влиянию так называемого эффекта теплового острова – в районе бизнес-центров в больших городах часто наблюдается более высокая температура из-за материалов, используемых при строительстве высоких зданий (те часто отражают тепло, в результате чего температура в окружающих районах немного повышается). Исследования показывают, что влияние эффекта теплового острова обычно довольно незначительно, и системы фиксации температуры обычно делают на это корректировку. Тем не менее наличие данных спутниковых измерений в дополнение к измерениям температур на стационарных станциях позволяет обеспечить большую степень точности.

Однако эту проблему легко исправить {862} , и цель каждой системы состоит в том, чтобы измерить, насколько повышаются или понижаются температуры, а не их значения сами по себе.

Рис. 12.5.

Аномалии глобальной температуры по отношению к базовой линии 1951–980 гг.: шесть температурных рекордов

Достаточно обнадеживающим выглядит тот факт, что разница между данными от различных источников довольно невелика {863} (рис. 12.5). Данные от всех шести служб измерений температуры свидетельствуют, что 1998 и 2010 гг. были одними из самых теплых за всю историю наблюдений, и на данных, полученных от каждой из них, заметна явная долгосрочная тенденция к потеплению, особенно после 1950-х гг., когда концентрация CO₂ в атмосфере начала расти все быстрее. С целью оценки климатических прогнозов я просто усреднил шесть температурных записей.

862

Например, вы можете привести данные о температурах к единому масштабу, оценивая годы, в которые они пересекались между собой.

863

Их корреляция между собой (где 1 означает полное соответствие, а 0 – полное его отсутствие) составляет около 0,90 или больше.

Предсказания Джеймса Хансена

Одной из наиболее откровенных и явно выраженных попыток прогнозирования роста температур явилась научная работа, опубликованная в 1981 г. Хансеном и шестью другими учеными в авторитетном журнале Science {864} . Предсказания ученых, основанные на сравнительно простых статистических расчетах влияния CO₂ и других атмосферных газов, а не на полноценной модели, оказались достаточно успешными. Фактически они лишь незначительно недооценили масштабы глобального потепления, наблюдавшегося в течение 2011 г. {865} .

864

J. Hansen, et al., «Climate Impact of Increasing Atmospheric Carbon Dioxide», Science, 213, 4511(August 28, 1981). http://thedgw.org/definitionsOut/..%5Cdocs%5CHansen_climate_impact_of_increasing_co2.pdf.

865

Geert Jan van Oldenborgh and Rein Haarsma, «Evaluating a 1981 Temperature Projection», RealClimate.org, April 2, 2012. http://www.realclimate.org/index.php/archives/2012/04/evaluating-a-1981-temperature-projection/.

Однако Хансен более известен благодаря своим показаниям на слушаниях в Конгрессе в 1988 г., а также работе на ту же тему, опубликованной в 1988 г. в Journal of Geophysical Research {866} . Эти прогнозы были основаны на трехмерной физической модели атмосферы.

Хансен сообщил Конгрессу, что в Вашингтоне «жаркие летние месяцы» могут наблюдаться все чаще и чаще. Он называл жарким такое лето, когда значения средних температур в Вашингтоне находятся в верхней трети значений температур в летние месяцы за период с 1950 по 1980 г. По его словам, к 1990-м гг. подобная температура в Вашингтоне в летние месяцы будет стоять 55–70 % времени, или примерно в два раза чаще, чем в периоде, принятом за эталон (33 %).

866

J. Hansen, et al., «Global Climate Changes as Forecast by Goddard Institute for Space Stud-ies Three-Dimensional Model», Journal of Geophysical Research, 93, D8 (August 20, 1988), pp. 9341–9364. http://pubs.giss.nasa.gov/abs/ha02700w.html.

Предсказание Хансена для Вашингтона, округ Колумбия, оказалось очень точным. В 1990-е гг. шесть из десяти летних периодов {867} можно было охарактеризовать как жаркие (табл. 12.1), в точном соответствии с его прогнозом. Примерно так же часто жаркие месяцы наблюдались и в 2000-е гг., а рекордную тепловую волну Вашингтон испытал в 2012 г.

Таблица 12.1. Жаркие летние месяцы в США: предсказание Хансена (1988 г.)

867

Я использую метеорологическое определение лета – календарные месяцы июнь, июль и август, – а не астрономическое определение, согласно которому лето не начинается до 21 июня.

Эталонный период: 33 %. Прогноз: 55–70 % времени к 1990-м гг.

В работе Хансен также предсказал, какими будут летние месяцы в трех других городах – Омахе, Мемфисе и Нью-Йорке. Эти результаты оказались менее однозначными и наглядно демонстрируют региональную изменчивость климата. Лишь один из 10 летних периодов в Омахе в 1990-е гг. можно было классифицировать как «жаркий» по стандартам Хансена, что было значительно меньше исторического среднего значения на уровне 33 %. Однако в Нью-Йорке (если судить по результатам наблюдения в аэропорте Ла Гуардия)«жаркими» оказались 8 из 10 летних периодов.

В целом предсказания для четырех городов были достаточно хороши, однако их значения оказались ближе к нижней границе установленного Хансеном диапазона. Его прогнозы, касающиеся изменения глобальной температуры, оценивать сложно, поскольку в них учитывался целый ряд сценариев, основанных на различных предположениях. Тем не менее есть основания считать их несколько завышенными {868} . Даже самый консервативный сценарий переоценил потепление, произошедшее в 2011 г.

868

Это наблюдение основано на моей собственной оценке прогнозов Хансена, однако см. также Steve McIntyre, «Thoughts on Hansen et al. 1988», Climate Audit, January 16, 2008. http://climateaudit.org/2008/01/16/thoughts-on-hansen-et-al-1988/.