Изменение климата, 2001 г. Научные аспекты

	Другие доклады в этой подборке

D.2 Совмещенные системы

Режимы естественной изменчивости

Возрастает понимание того, что модели естественной циркуляции, такие, как ЭНСО и САК, играют основную роль для глобального климата и его межсезонной и долгосрочной изменчивости. Самым значительным естественным колебанием климата в межгодовом временном масштабе является явление ЭНСО (см. текстовой блок ТР-4). Оно представляет собой естественно совмещенный режим взаимодействия системы атмосфера-океан, при этом происходит главным образом в тропической части Тихого океана, однако имеет важные последствия для регионального климата по всему миру. Лишь в настоящее время модели глобального климата начинают демонстрировать изменчивость в тропической части Тихого океана, которая напоминает ЭНСО, главным образом благодаря повышенной меридиональной разрешающей способности на экваторе. Модели температуры поверхности моря и атмосферной циркуляции, аналогичные тем моделям, которые наблюдаются во время ЭНСО в межгодовых временных масштабах, наблюдаются также в десятилетних или более продолжительных временных масштабах.

Североатлантическое колебание (САК) — это доминирующая модель изменчивости северной зимней атмосферной циркуляции, которая моделируется со все большей степенью реальности. САК тесно связано с арктическим колебанием (АК), которое имеет дополнительный ежегодный компонент вокруг Арктики. Существует значительное количество данных о том, что САК возникает главным образом в результате внутренних атмосферных процессов, затрагивающих всю систему тропосферастратосфера.

Колебания температур поверхности моря (ТПМ) в Атлантике связаны с силой САК, и умеренное двустороннее взаимодействие между САК и Атлантическим океаном, ведущее к изменчивости в десятилетнем масштабе, становится столь же важным при прогнозировании изменения климата.

Изменение климата может проявляться как в виде факторов сдвига, так и изменения доминирующих условий конкретных климатических режимов, как это подтверждается наблюдаемой тенденцией в направлении позитивных величин за последние 30 лет в показателе САК и климатическом «сдвиге» в тропической части Тихого океана около 1976 г. Хотя совмещенные модели имитируют характеристики наблюдаемой естественной изменчивости климата, таких, как САК и ЭНСО, что свидетельствует о том, что многие из соответствующих процессов включены в эти модели, необходим дальнейший прогресс для точного выявления этих естественных режимов. Кроме того, поскольку ЭНСО и САК являются ключевыми определяющими факторами изменения регионального климата и могут, возможно, привести к резким и непрогнозируемым изменениям, наблюдалось усиление неопределенности в этих аспектах изменения климата, которые полностью зависят от изменений на региональном уровне.

Термохалинная циркуляция (ТХЦ)

Термохалинная циркуляция (ТХЦ) является причиной основной части переноса регионального тепла в Атлантическом океане. ТХЦ — это перемешивание в глобальном масштабе океанских вод, которое вызывается различиями в плотности, связанными с влиянием температуры и солености. В Атлантике тепло переносится теплыми поверхностными водами, текущими в северном направлении, и холодными солеными водами из Северной Атлантики, которые возвращаются в глубинные слои. Изменения в структуре атлантической ТХЦ могут быть вызваны пертурбациями показателя взвешенности поверхностных вод, который испытывает влияние таких явлений, как: осадки, испарения, континентальный сток, образование морского льда и теплообмен — процессов, которые сами могут меняться, создавая последствия для регионального и глобального климата. Взаимодействия между атмосферой и океаном также, вероятно, будут иметь существенные значения в десятилетнем и более продолжительном временном масштабе в тех случаях, когда задействован фактор ТХЦ. Взаимодействие между крупномасштабным атмосферным воздействием наряду с потеплением и испарением в низких широтах и охлаждением и усилением осадков в высоких широтах создает основу для потенциальной нестабильности существующей атлантической ТХЦ. ЭНСО также может оказывать влияние на атлантическую ТХЦ в результате изменения баланса пресной воды и тропической части Атлантики, обеспечивая таким образом соединение между низкими и высокими широтами. Неопределенности в представлении мелкомасштабных потоков через пороги и узкие проливы, а также конвекция океана ограничивают способность моделей имитировать ситуации, связанные со значительными изменениями в ТХЦ. Меньшая соленость северной части Тихого океана означает, что глубокая ТХЦ в Тихом океане не происходит.

Нелинейные события и быстрое изменение климата

Существует возможность быстрых и необратимых изменений в климатической системе, однако имеется значительная степень неопределенности в отношении связанных с этим механизмов и, следовательно, также вероятности или временных масштабов подобных переходных процессов. Климатическая система включает многочисленные процессы и обратные связи, которые взаимодействуют сложными нелинейными путями. Это взаимодействие может явиться причиной предельных значений в климатической системе, которые могут быть превышены в том случае, если функционирование системы нарушается достаточно сильно. Данные, полученные при помощи кернов полярного льда, свидетельствуют о том, что атмосферные режимы могут меняться в течение нескольких лет и что крупномасштабные изменения в рамках полушария могут развиваться в течение нескольких десятилетий. Например, ряд моделей показал возможность пороговой величины для быстрого перехода атлантической ТХЦ к состоянию коллапса. Пока еще не ясно, что представляет собой эта пороговая величина и какова вероятность того, что деятельность человека приведет к тому, что она будет превзойдена (см. раздел F.6). Атмосферная циркуляция может характеризоваться различными преференциальными моделями; например, возникать в результате ЭНСО и САК/АК, и изменения в их фазе могут быть быстрыми. Базовая теория и модели показывают, что изменение климата может в первую очередь выражаться в изменениях частоты проявления этих моделей. Изменения растительности либо в результате непосредственного антропогенного обезлесивания, либо вследствие глобального потепления могут происходить быстрым образом и вызывать дальнейшие изменения климата. Предполагается, что быстрое образование Сахары около 5 500 лет назад является примером подобного нелинейного изменения земного покрова.

D.3 Методы районирования

Информация о региональном климате рассматривалась лишь в ограниченной степени в ВДО. Со времени ВДО методы, применяемые для использования более подробной региональной информации, были значительно усовершенствованы и стали использоваться в более широких масштабах. Эти методы делятся на три категории: МОЦАО с высокой и меняющейся разрешающей способностью; региональные климатические модели (или климатические модели совокупного ограниченного района) (РКМ); и эмпирические/статистические и статистические/динамические методы. Данные методы характеризуются различными сильными и слабыми сторонами и их использование в континентальном масштабе в значительной мере зависит от потребностей конкретных применений.

МОЦАО с высокой разрешающей способностью моделируют характеристики общей атмосферной циркуляции в весьма общем плане. В региональном масштабе модели дают средние смещения по району, которые колеблются в значительных пределах от одного региона к другому, а также среди моделей, при этом усредненные смещения сезона и температуры субконтинентального района, как правило, находятся в пределах ±4 °С, а погрешности осадков — в пределах от –40 до +80 %. Подобные показатели являются существенным повышением точности по сравнению с оценками МОЦАО в ВДО.

Благодаря разработке моделей общей циркуляции атмосферы (МОЦА) с высокой/переменной разрешающей способностью в период после ВДО, как правило видно, что по мере повышения разрешающей способности улучшается динамика и крупномасштабный поток в моделях. В некоторых случаях, однако, систематические ошибки усилились по сравнению с моделями с более грубой разрешающей способностью, хотя были документально зарегистрированы лишь весьма немногочисленные результаты.

После ВДО значительно усовершенствованы МРЦ с высокой разрешающей способностью. Региональные модели последовательно повышают пространственную подробность моделируемого климата по сравнению с МОЦАО. РМЦ, определяемые наблюдаемыми пограничными условиями, характеризуются температурными смещениями усредненного района (региональные масштабы 105—106 км²), как правило ниже 2 °С, в то время как погрешности осадков составляют менее 50 %. Районирование в более мелком масштабе показывает, что изменения могут существенным образом отличаться по величине или знаку от результатов для обширного усредненного района. Между моделями существует относительно крупный разброс, хотя четкого объяснения причины этих различий не существует.