Спутниковые наблюдения и компьютерное моделирование являются важными инструментами для понимания прошлых изменений климата Земли и прогнозирования будущих изменений.
Однако спутниковые наблюдения постоянно показывают меньшее потепление, чем моделирование климата с 1979 года по настоящее время, особенно в тропической тропосфере (самые низкие ~ 15 км атмосферы Земли). Эта разница вызвала опасения, что модели могут завышать будущие изменения температуры.
Согласно новому исследованию, проведенному учеными Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL), разница между моделью и спутником не является показателем фундаментальных ошибок модели, а в значительной степени объясняется естественными колебаниями климата Земли и несовершенством факторов воздействия климатической модели.
«Естественная изменчивость климата, по-видимому, частично маскировала потепление в эпоху спутников», — сказал Стивен По-Чедли, климатолог LLNL и ведущий автор статьи, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences .
Результаты исследования обеспечивают лучшее понимание причин исторических изменений климата и повышают уверенность в моделировании продолжающегося глобального потепления в 21 веке.
«Хотя Земля нагревается в результате антропогенных выбросов углекислого газа, естественные вариации климата Земли могут временно ускорить или ослабить эту общую тенденцию к потеплению», — отмечает Захари Лабе, соавтор из Принстонского университета и Национального исследовательского центра океанических и атмосферных исследований. Лаборатория геофизической гидродинамики Администрации. Помимо модуляции темпов потепления, естественные колебания климата, такие как междесятилетнее тихоокеанское колебание, также создают уникальные закономерности региональных изменений приземной температуры.
Эти модели приземной температуры сыграли ключевую роль в количественной оценке влияния естественной изменчивости на потепление в эпоху спутников. Исследовательская группа рассмотрела тысячи карт поверхностного потепления, полученных в результате моделирования климата. Затем команда обучила алгоритмы машинного обучения, чтобы связать характер приземного потепления с общей величиной потепления или похолодания, связанных с естественными колебаниями климата. Подход машинного обучения оказался успешным в отделении компонента атмосферного потепления из-за естественных колебаний климата и потепления из-за других причин, таких как антропогенное увеличение уровней удерживающих тепло парниковых газов.
Когда этот подход был применен к наблюдаемой картине потепления, прогноз, основанный на методах машинного обучения, показал, что естественные колебания уменьшили реальную тенденцию тропического тропосферного потепления примерно на 25% за эру спутников. Хотя климатические модели имитируют такие естественные десятилетние колебания климата, время и последовательность этих колебаний различаются в каждом моделировании и будут совпадать с наблюдениями только случайно. Это частичное «компенсирование» потепления естественной изменчивостью помогает объяснить, почему моделирование климатических моделей, как правило, имитирует большее потепление, чем спутниковые наблюдения за температурой тропической тропосферы в течение последних нескольких десятилетий.
В дополнение к естественной изменчивости климата воздействующие факторы модели также могут влиять на сравнение между наблюдениями и моделями климата. Вынуждающими агентами являются внешние факторы, влияющие на климат, такие как исторические изменения интенсивности солнечного излучения, извержения вулканов, концентрации парниковых газов и выбросы аэрозолей. Информация об этих факторах используется в моделировании климата недавнего прошлого. Несовершенства этих входных данных могут повлиять на симуляции модели.
Недавнее исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters под руководством Джона Фасулло, ученого из Национального центра атмосферных исследований и соавтора нового исследования, показало, что отклонения в выбросах аэрозолей, сжигающих биомассу, могут искусственно усиливать поверхностное потепление, начинающееся в моделируемом середине 1990-х годов, особенно над Арктикой и континентами в северном полушарии.
Исследование Фасулло было расширено в этом новом исследовании, чтобы определить, влияют ли отклонения в выбросах аэрозолей, сжигающих биомассу, на потепление в тропической тропосфере.
«Наш анализ показывает, что разрывы в выбросах аэрозолей при сжигании биомассы, используемые в моделировании, влияют на моделируемое потепление в тропической тропосфере», — отметил Фасулло. «Хотя этот результат характерен для модели системы Земли Сообщества NCAR, вполне вероятно, что эта проблема со сжиганием биомассы влияет и на другие климатические модели ».
Эти два вывода — уменьшенное спутниковое потепление из-за естественной изменчивости климата и завышенное модельное потепление из-за проблемы воздействия аэрозолей, сжигающих биомассу, — в значительной степени уравновешивают несоответствие между моделью и спутником в тропическом потеплении тропосферы.
