Сигнал и шум. Почему одни прогнозы сбываются, а другие - нет
Шрифт:
Тема выбросов серы, послужившая основой для прогнозов глобального охлаждения в 1970-х, может помочь нам понять, почему прогноз МГЭИК 1990 г. оказался неточным и почему экспертная группа ученых сдвинула границы диапазона температурных предсказаний в 1995 г.
Извержение вулкана Пинатубо в 1991 г. сопровождалось значительным выбросом серы в атмосферу, и это могло оказать влияние на поведение климатических моделей {882} . Но тем не менее эти модели не учитывали, что взаимодействие между различными парниковыми газами будет представлять собой проблему с точки зрения моделирования – соответственно, в системы может вкрасться ошибка.
882
Brian J. Soden, Richard T. Wetherald, Georgiy L. Stenchikov, and Alan Robock, «Global Cooling After the Eruption of Mount Pinatubo: A Test of Climate Feedback by Water Vapor», Science, 296; April 26, 2002. http://climate.envsci.rutgers.edu/pdf/SodenPinatubo.pdf.
Выбросы
883
S. J. Smith, et al., «Anthropogenic Sulfur Dioxide Emissions: 1850–2005», Atmospheric Chemistry and Physics, 11 (February 9, 2011), pp. 1101–1116. http://www.atmos-chem-phys.net/11/1101/2011/acp-11-1101-2011.pdf.
Рис. 12.7. Глобальные выбросы серы в период с 1900 по 2005 г.
Однако примерно с 2000 г. выбросы серы начали увеличиваться во многом вследствие роста промышленной деятельности в Китае {884} , стране с довольно слабым законодательством в области охраны окружающей среды и большим количеством предприятий, использовавших для получения энергии загрязняющие окружающую среду технологии сжигания угля. Хотя негативное влияние выбросов серы на глобальное потепление не настолько велико, как позитивное влияние от выброса углерода, – в противном случае теории глобального охлаждения считались бы верными! – происходившее могло бы свидетельствовать об определенном замедлении процесса потепления.
884
sfalke, «Country SO2 Emissions», Community Initiative for Emissions Research and Applications, October 5, 2010. http://ciera-air.org/wiki/country-so2-emissions.
Простой климатический прогноз
Предположим, что вы имеете достаточно веские причины скептично относиться к процессу прогнозирования, либо потому что цель прогнозов – делать достаточно точные выводы о протекании крайне сложных процессов, таких как, допустим, изменение климата, либо потому что для подтверждения правильности прогноза потребовались бы многие годы.
Начинающие прогнозисты иногда допускают распространенную ошибку, предполагая, что если что-то сложно прогнозировать, то этим вообще можно не заниматься. У хороших прогнозистов всегда есть резервный план – достаточно разумный базовый сценарий, к которому они могут обратиться, если у них появляются основания считать, что модель терпит поражение (например, вы всегда можете считать по умолчанию, что на президентских выборах выиграет нынешний президент – и в этом случае ваши прогнозы окажутся значительно более результативными, чем результат случайного выбора между кандидатами).
Какой же сценарий можно считать базовым, когда речь идет о климате? Учитывая, что основная критика прогнозов глобального потепления связана с их нереалистичной сложностью, альтернативным мог бы стать более простой прогноз, основанный на достаточно весомых теоретических предположениях, но с меньшим количеством ненужных излишеств.
Предположим, например, что вы попытались создать климатический прогноз, основанный на очень простой статистической модели. Эта модель учитывает лишь влияние уровней концентрации CO2 и температуры, и прогноз базируется только на основании экстраполяции значений этих переменных, игнорируя влияние серы, ENSO, пятен на Солнце и всего остального. Для такой работы не потребуется суперкомпьютер; результаты могут быть рассчитаны на ноутбуке за несколько микросекунд. Насколько точными могли бы быть такие предсказания?
На самом деле, прогноз оказался очень точным – более точным, чем прогноз МГЭИК. Если вы внесете имеющиеся данные по изменению температуры с 1850 по 1989 г., а также значения концентрации CO2, измеренные в антарктических льдах {885} и в обсерватории Мауна Лоа на Гавайях, в простое уравнение линейной регрессии, то результат предсказания покажет повышение глобальной температуры на 1,5 °C за период с 1990 г. по настоящее время, что в точности соответствует реальной цифре (рис. 12.8).
885
Данные
Рис. 12.8. Реальное изменение глобальной температуры за период 1990–011 гг. в сравнении с прогнозируемыми значениями, полученными при помощи простого регрессионного анализа
Другая, чуть более сложная методика использует доступные расчеты зависимости между содержанием CO2 в атмосфере и температурами. Обычно в прогнозах глобального потепления оценивается влияние на температуру удвоения (то есть 100 %-ного прироста) CO2 в атмосфере. Одно время о величине удвоения велось немало споров {886} . И из прогноза, сделанного британским инженером Дж. С. Каллендером в 1938 г. {887} , основанного на простых химических уравнениях, и из расчетов, производимых суперкомпьютерами в наши дни, следует, что удвоение содержания CO2 приводит к потеплению на 2–3 °C {888} .
886
Описание исследований по вопросу удвоения объемов CO2 с 1980 по 1995 г. приведено в Kavita Kacholia and Ruth A. Reck, «Comparison of Global Climate Change Simulations for CO2– Induced Warming: An Intercomparison of 108 Temperature Change Projections Published Between 1980 and 1995», Climactic Change, 35, 1 (1997), pp. 53–69.Аналогичное описание исследований, проведенных до 1980 г., можно найти в Ruth A. Reck, «Introduction to the Proceedings of the Workshop on the Responsible Interpretation of Atmospheric Models and Related Data», General Motors Research Publication GMR-3800, 1981.
887
G. S. Callendar, «The Artificial Production of Carbon Dioxide and Its Influence on Climate», Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 64 (1938), pp. 223–240.
888
Kacholia and Reck, «Comparison of Global Climate Change Simulations for CO2– Induced Warming».
С учетом реальных показателей прироста CO2 в атмосфере решение этого простого уравнения показывает, что с 1990 г. по нынешний день температуры будут увеличиваться на 1,1–1,7 °C в течение столетия. Реальный темп потепления на уровне 0,015 °C в год, или 1,5 °C за столетие, отлично вписывается в границы этого интервала.
Прогнозы Джеймса Хансена, сделанные в 1981 г. и основанные на сходном подходе, позволили значительно лучше предсказать текущие температуры, чем его же прогноз 1988 г., основанный на теоретических моделях климата.
В этом контексте представляется достаточно уместной критика комплексных моделей со стороны Армстронга и Грина. Однако успех более простых методов прогнозирования дает основания считать, что критика Армстронга выиграла сражение, но не всю войну. Армстронг задает вполне хорошие вопросы, касающиеся комплексной модели, а тот факт, что простые модели способны достаточно хорошо предсказывать климат, лишь поддерживает его мнение о том, что простые модели предпочтительнее. Однако поскольку простые методы достаточно точно предсказывали рост температуры вместе с ростом содержания CO2, они также свидетельствуют в пользу гипотезы парникового эффекта.
При этом прогноз «без изменений», предложенный Армстронгом, оставляет без ответа целый ряд основополагающих научных вопросов. В его прогнозе в качестве базовой использовалась температура 2007 г. – этот год не был исключительно теплым, однако тем не менее оказался теплее всех других годов XX в. (за исключением одного). Можем ли мы выдвинуть разумную гипотезу, объясняющую, почему 2007 г. оказался теплее 1987, 1947 или 1907 г., если не будем принимать во внимание изменения в составе атмосферы? На самом деле, самый весомый вклад климатических моделей состоит в том, что из них вытекает следующее: повторение нынешнего климата в условиях, когда мы не принимаем во внимание повышение концентрации CO2 и других парниковых газов в атмосфере, невозможно {889} .
889
«How Reliable Are Climate Models?», Skeptical Science. http://www.skepticalscience.com/climate-models-intermediate.htm.