Лето 2018 года вошло в историю как одно из самых жарких – во многих европейских странах температура достигла отметки +45℃. По мнению климатологов из Лаборатории физики океана и отдаленных измерений Национального центра научных исследований (Франция), не только этот, но и последующие четыре года обещают быть рекордно теплыми. В подтверждение этих слов они приводят свое последнее исследование «Новый метод прогнозирования предсказывает, что в период с 2018 по 2022 год будет стоять аномальная жара, тем самым подтверждая долгосрочный тренд глобального потепления» (A novel probabilistic forecast system predicting anomalously warm 2018-2022 reinforcing the long-term global warming trend), опубликованное в журнале Nature Communications.

Земля продолжает нагреваться, но это не означает, что каждый последующий год непременно должен быть теплее, чем предыдущий. Так, например, по данным NASA, из последних четырех лет (которые, напомним, выдались самыми жаркими за всю историю метеонаблюдений) наиболее теплым стал 2016 год, за которым следуют 2017, 2015, 2014 годы. Тем не менее, существует общий тренд – каждое последующее десятилетие имеет тенденцию быть более теплым, чем предыдущее.

Как указывают авторы исследования, одним из ключевых факторов, определяющих годичную температуру, является то, что ученые иногда называют «внутренней изменчивостью» климата – в противоположность потеплению, вызванному антропогенным воздействием, и другим факторам, оказывающим долгосрочный, а не кратковременный эффект. Неблагоприятный прогноз на период с 2018 по 2022 год объясняется как раз этой внутренней изменчивостью.

Нынешнее потепление, причиной которого является выброс парниковых газов в результате деятельности человека, происходит неравномерно: в начале XXI века оно замедлилось – это явление носит название «хиатус». Во время замедления процесса глобального роста температуры в 2000-х годах такие внутренние факторы как колебания в океанах Земли помогли планете немного охладиться. Однако теперь фаза «торможения» закончена, и это значит, что в последующие годы температура будет выше, чем ожидалось.

Новый метод прогнозирования

Система прогноза, которой пользовались французские климатологи, существенно отличается от традиционных методов моделирования – она основана на статистическом анализе. Авторы доклада не стали разрабатывать новую климатическую модель, а воспользовались несколькими наиболее удачными моделями и симуляциями, созданными ранее учеными со всего мира – данные, полученные их предшественниками, послужили материалом для «обучения» системы.

Созданный в ходе работы математический метод, получивший название PROCAST (PRObabilistic foreCAST), основан на использовании операторов переноса (или операторов Перрона – Фробениуса). Как говорится в докладе, операторы переноса ранее успешно применялись в решении «широкого круга научных задач – от статистической физики до механики жидкостей. Переводящие операторы собирают данные обо всех известных прошлых изменениях состояния (или траекториях в фазовом пространстве), что позволяет вычислять эволюцию системы от нынешнего состояния к будущим в вероятностном ключе».

Таким образом, результатом исследования является прогноз, основанный на вероятности, а не конкретный результат. Однако, в отличие от классических методов, новая система прогнозирования не только позволяет предсказать среднестатистические температуры и проследить общие тренды, но и рассчитать вероятность осуществления экстремальных сценариев, опираясь на примеры аналогичных событий, произошедших ранее. У новой системы есть еще одно важное  преимущество. После того, как алгоритм «изучен» (процесс занимает несколько минут), прогнозы генерируются за несколько сотых доли секунды.  А для того, чтобы совершить все необходимые расчеты, подойдет обычный ноутбук. Для сравнения, чтобы получить данные, используя традиционные методы моделирования, суперкомпьютерам требуются недели.

В ходе исследования рассчитывались две величины – средняя температура воздуха у поверхности Земли и глобальная температура морской воды. Согласно полученному прогнозу, средняя температура Земли в 2018 году должна дополнительно увеличиться на 0,02℃, в 2018-2019 годах – более чем на 0,03℃, и в 2018-2022 более чем на 0,01℃.

«Эти цифры, которые кажутся малыми, в действительности сравнимы с темпами глобального потепления, наблюдаемого каждый год на протяжении последнего столетия», – говорят авторы доклада. Также важно подчеркнуть, что полученные результаты не являются абсолютными значениями – они показывают, насколько увеличится температура Земли только из-за внутренней изменчивости климата, то есть без учета воздействия антропогенного воздействия и других долгосрочных факторов.

Неутешительный прогноз на ближайшие пять лет связан во многом с низкой вероятностью «событий экстремального холода». Особенно это касается температур поверхности моря.

Исследователи говорят о 58-процентном шансе того, что общая температура Земли с 2018 по 2022 год будет аномально высокой, и 69-процентном шансе того, что океаны Земли будут аномально теплыми. Для океанов это также означает резкое увеличение вероятности – до 400%, – что в последующие пять лет они будут подвержены «экстремально теплым явлениям».

Помимо деградации морских биосистем рост температуры океана служит причиной таких более заметных для человека явлений как увеличение количества и интенсивности тропических штормов и ураганов.

Модель имеет ограничения

Публикация климатологов вызвала резонанс как в научных кругах, так и среди общественности. Мнения ученых во многом разделились.

«Исследование предлагает новый, перспективный и недорогой подход к прогнозированию краткосрочных изменений глобальной средней температуры поверхности, – отметил Джон Файф, ученый-климатолог Канадского центра моделирования и анализа климата. – Результаты показывают, что внутренние изменения в климатической системе, вероятно, приведут к тому, что температура поверхности будет значительно выше ожидаемой от увеличения парниковых газов в атмосфере – по крайней мере, в течение следующих пяти лет. Это важная информация для ученых, политиков и общественности».

Профессор Габи Хегерл из Эдинбургского университета высоко оценила работу французских исследователей, но также предложила провести более детальный анализ: «Ученые умело использовали данные климатических моделей, разработанных во всем мире за предыдущие годы, для расчета вероятностей в течение следующих нескольких лет. Однако их метод носит чисто статистический характер, поэтому важно видеть, какие прогнозы климата сделаны на основе всего, что мы знаем об атмосфере и океанах».

Гэвин Шмидт, руководитель Института космических исследований NASA имени Годдарда высказал мнение, что влияние описанного учеными эффекта невелико, а предсказанное потепление на 0,02 ℃ в 2018 году не окажет существенного воздействия на климат планеты. Он сомневается, что увеличение температуры, о котором говорится в исследовании, станет столь же значимым событием, как «пауза» или «хиатус» глобального потепления в 2000-х годах.

«Обратите внимание, что «хиатус» был проблемой, потому что он шел против основного тренда, а те пара лет, которые были более жаркими, этого не делают. Как мы подчеркивали в течение десятилетий, когда речь идет об изменении климата, именно долгосрочные тенденции имеют значение, а не относительно кратковременные изменения», – говорит Шмидт.

Он также отметил, что основным фактором, определяющим установление аномальной жары в любой конкретный год, является то, возникает ли Эль-Ниньо, как это было, например, в 2016 году. Эль-Ниньо, или Южная осцилляция – это перемещение теплых и холодных поверхностных слоев воды в экваториальной части Тихого океана. Природа данного явления (в том числе и причины его возникновения) до конца не ясна.

Кто же в итоге окажется прав, мы увидим в ближайшие 52 месяца (к ним нужно приплюсовать июль и август нынешнего года, поскольку NASA ещё не опубликовала данные за этот период). «Исследование будет полезно тем, что в последующие годы мы попытаемся выяснить, правильно ли наше предсказание или нет», – говорит один из его авторов Флориан Севелле.

Кроме того авторы нового метода начали работу над тем, чтобы адаптировать его для составления региональных прогнозов, и в дополнение к анализу температур иметь возможность делать прогнозы по осадкам и вероятности возникновения засух.