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

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/.

Предсказания МГЭИК, 1990 г.

Прогноз МГЭИК, сделанный в 1990 г., был первым результатом серьезного научного консенсуса и поэтому заслуживает особого внимания. Эти предсказания были менее конкретными, чем предсказания Хансена, однако если изучить их детали, то можно сказать, что они в целом оказались правильными. Например, прогнозировалось, что поверхность земли нагревается значительно быстрее, чем поверхность воды, особенно зимой, что особенно сильное увеличение температуры будет происходить в Арктике и других северных широтах. Оба эти предсказания оказались точными. Тем не менее самым главным из всех считался прогноз роста глобальной температуры.

И здесь предсказания МГЭИК оставляли желать лучшего. В отличие от прогноза Хансена температурный прогноз МГЭИК был представлен в виде диапазона возможных исходов. Верхняя часть диапазона рассматривала вариант катастрофического увеличения температуры на 5 °C за следующие 100 лет. А в нижней части описывалось более скромное повышение на 2 °C за столетие, вариант роста температуры на уровне 3 °C считался наиболее вероятным {869} .

869

Графики, сопровождавшие отчет МГЭИК, демонстрировали почти линейное повышение температуры. Таким образом, хотя мы и знаем, что температуры подвержены значительным колебаниям от года к году, прогноз МГЭИК показывал, как они будут расти в среднем – на 0,02–0,05 °C в год.

Рис. 12.6. Изменение реальных глобальных температур в период 1990–011 гг. по отношению к температуре в 1990 г.

В реальности рост температуры после публикации отчета происходил в значительно более медленном темпе (рис. 12.6). Температуры повышались в среднем на 0,015 °C в год за период, описанный в прогнозе МГЭИК (с 1990 по 2011 г.), или со скоростью 1,5 °C за столетие. Это почти в два раза меньше, чем предсказывалось прогнозом МГЭИК – потепление на 3 °C за 100 лет, – и также несколько меньше минимального значения предсказанного диапазона (2 °C). Прогноз, сделанный МГЭИК в 1990 г., также переоценил величину повышения уровня моря {870} .

870

Roger Pielke Jr., «Verification of IPCC Sea Level Rise Forecasts 1990, 1995, 2001», Prometheus, January 15, 2008. http://cstpr.colorado.edu/prometheus/archives/climate_change/001323verification_of_ipcc.html.

Несмотря на то что результаты были совсем не похожи на прогнозируемые МГЭИК, мы должны сделать одно важное замечание. Прогнозы МГЭИК были основаны на «нормальном ходе событий», то есть предполагалось, что успехи в снижении объемов выбросов в атмосферу не будут достигнуты {871} .

Сценарий МГЭИК предполагал, что промышленность будет развиваться теми же темпами, что и раньше, и содержание CO₂ в атмосфере увеличится к 2010 г. до 400 ppm {872} . Однако в ряде стран, в первую очередь в странах Европейского союза, были предприняты определенные усилия по снижению выбросов этого газа в атмосферу {873} . Таким образом, прогноз стал казаться слишком пессимистичным; к 2010 г. содержание CO₂ увеличилось до 390 ppm {874} . Иными словами, ошибки в прогнозе отчасти отражали неопределенность сценария, связанную скорее с политическими и экономическими вопросами, чем с научными. МГЭИК же сознательно выдвинула пессимистичные предположения, не ожидая успеха в этом направлении [167] .

871

«Policymakers’ Summary», in Climate Change: The IPCC Scientific Assessment (Cambridge: Cambridge University Press, 1990), p. XVIII.

872

Там же, рис. 5, с. XIX.

873

«EU Greenhouse Gas Emissions: More Than Half Way to the 20 % Target by 2020», European Environment Agency, April 13, 2011. http://www.eea.europa.eu/pressroom/newsreleases/eu-greenhouse-gas-emissions-more.

874

Earth System Research Laboratory, «Full Mauna Loa CO₂ Record».

167

Если вы измените масштаб расчетов в области потепления, чтобы учесть меньшие, чем ожидалось, показатели роста объемов CO₂, то получите пересмотренные прогнозы потепления в пределах от 1,4 до 3,6 °C за столетие. Реальный темп роста в пределах 1,5 °C в расчете на столетие с момента публикации соответствует этому диапазону, хотя и находится на грани. – Прим. авт.