Зямля ў выглядзе кампазіта касмічных здымкаў NASA з космасу ў пачатку 2000-х. Малюнак: NASA / Blue Marble Project.

Першая мадэль клімату - 50, і прагназуецца глабальнае пацяпленне амаль ідэальна

Для тых, хто дагэтуль не верыць у глабальнае пацяпленне, навука мае права на гэта ўжо паўстагоддзя.

"Парніковыя газы з'яўляюцца другім найважнейшым фактарам для клімату пасля Сонца". -Сюкуро Манабе

Мадэляванне клімату Зямлі - адна з самых страшных і складаных задач. Калі б мы былі больш падобныя на Месяц, усё было б проста. На Месяцы няма ні атмасферы, ні акіянаў, ні ледавікоў, ні сезонаў, ні складанай флоры і фауны, каб перашкодзіць простай выпраменьвальнай фізіцы. Нездарма мадэль настолькі складаная! На самай справе, калі вы Google "кліматычныя мадэлі памыляюцца", восем з першых дзесяці вынікаў паказваюць правал. Але загалоўкі ніколі не бываюць настолькі надзейнымі, як пераход да самой навуковай крыніцы, і ў гэтым выпадку асноўнай крыніцай з'яўляецца першая дакладная мадэль клімату: Сюкуро Манабэ і Рычард Т. Уітэральд. Праз 50 гадоў пасля іх пачатковай працы ў 1967 г. навуку можна будзе дакладна ацаніць, і яны атрымалі практычна ўсё дакладна.

Зямля і Месяц, у маштабе, з пункту гледжання памеру і альбеда / адбівальнай здольнасці. Звярніце ўвагу на тое, наколькі слабым з'яўляецца Месяц, бо ён паглынае святло значна лепш, чым на Зямлі. Малюнак: NASA / Apollo 17.

Калі б на Зямлі не было атмасферы, вылічыць клімат было б проста. Сонца выпраменьвае выпраменьванне, Зямля паглынае частку падаючага выпраменьвання і адлюстроўвае астатняе, тады Зямля зноў выпраменьвае гэтую энергію. Тэмпературу можна лёгка вылічыць на аснове альбеда (г.зн. адбівальнай здольнасці), кута паверхні да Сонца, працягласці / працягласці дня і эфектыўнасці таго, як ён зноў выпраменьвае гэтую энергію. Калі б мы цалкам пазбавілі атмасферу, тыповая тэмпература нашай планеты была б 255 кельвін (-18 ° C / 0 ° F), што, безумоўна, халадней, чым тое, што мы назіраем. На самай справе, гэта на 33 ° C (59 ° F) халадней, чым мы бачым, і што нам трэба ўлічваць гэтую розніцу, гэта дакладная кліматычная мадэль.

Атмасфера Зямлі, якую бачылі падчас заходу сонца ў траўні 2010 года з Міжнароднай касмічнай станцыі. Малюнак: НАСА / МКС.

Увогуле, гэта ўклад у нумар адзін? Атмасфера. Гэты "падобны на" коўдру "эфект газаў у нашай атмасферы быў упершыню выяўлены Джозэфам Фур'е амаль два стагоддзі таму і падрабязна распрацаваны Свантэ Аррэніусам у 1896 г. Кожны з прысутных газаў валодае некаторым абсорбцыйным эфектам у інфрачырвонай частцы спектр, які з'яўляецца часткай, дзе Зямля зноў выпраменьвае большую частку сваёй энергіі. Азот і кісларод - страшныя паглынальнікі, але добрыя - водная пара, метан, аксід азоту, азон і вуглякіслы газ. Калі мы дадаём (альбо адбярэм) больш гэтых газаў з атмасферы нашай планеты, гэта як патаўшчэнне (альбо разрэджванне) коўдры, якую носіць планета. Гэта таксама быў распрацаваны Аррэніем больш за 100 гадоў таму.

У вокнах паглынання інфрачырвонага і бачнага святла розныя атмасферныя газы. Імідж: JN Howard (1959); Р. М. Гудзі і Г. Д. Робінсан (1951).

Але сапраўдная кліматычная мадэль больш складаная, бо ў ёй больш гульняў, чым проста атмасфера. Сусветны акіян гарантуе, што колькасць вадзяной пары (і хмарны полаг, які значна ўплывае на тэмпературу) змяняюцца ў залежнасці ад умоў, і калі папрасіць адзін кампанент атмасферы - напрыклад, вуглякіслы газ - гэта адаб'ецца на канцэнтрацыі іншых кампанентаў. Навукоўцы называюць гэты агульны працэс зваротнай сувяззю, і гэта адна з найбуйнейшых нявызначанасці ў кліматычным мадэляванні.

Павелічэнне выкідаў парніковых газаў, у прыватнасці, CO2, можа мець вялікі ўплыў на клімат Зямлі ўсяго за некалькі сотняў гадоў. Мы назіраем, што гэта адбываецца сёння. Імідж крэдыту: служба нацыянальнага парку ЗША.

Вялікім поспехам у працы Манабе і Вэтэральда стала мадэляванне не толькі зваротнай сувязі, але і ўзаемасувязі паміж рознымі кампанентамі, якія спрыяюць тэмпературы Зямлі. Па меры змянення змесціва атмасферы змяняецца як абсалютная, так і адносная вільготнасць, што ўплывае на воблачнае покрыва, утрыманне вадзяных пар і на цыклічнасці / канвекцыі атмасферы. Яны выявілі, што калі пачаць з стабільнага першапачатковага стану - прыблізна таго, што перажывала Зямля за тысячы гадоў да пачатку прамысловай рэвалюцыі, - вы зможаце павазіцца адным кампанентам (напрыклад, СО2) і мадэляваць, як усё астатняе развіваецца.

Канцэнтрацыя CO2 у атмасферы за апошнія некалькі соцень тысяч гадоў. Малюнак: NASA / NOAA.

У загалоўку працы "Цеплавая раўнавага атмасферы з зададзеным размеркаваннем адноснай вільготнасці (поўную загрузку можна атрымаць тут бясплатна") апісваецца іх вялікі прагрэс: яны змаглі колькасна ацаніць узаемасувязь розных фактараў, якія спрыяюць атмасферы, у тым ліку тэмпературу / вільготнасць. варыяцыі і як гэта ўплывае на тэмпературу раўнавагі Зямлі. Іх галоўны вынік, з 1967 г.?

Паводле нашай ацэнкі, падваенне ўтрымання CO2 у атмасферы аказвае ўплыў на павышэнне тэмпературы атмасферы (чыя адносная вільготнасць зафіксавана) прыблізна на 2 ° С.

Тое, што мы бачылі ад даіндустрыяльнай рэвалюцыі да сённяшняга дня, вельмі незразумела. Мы не падвоілі CO2, але павялічылі яго прыблізна на 50%. Тэмпература, узыходзячы да першых вымярэнняў дакладных глабальных тэмператур у 1880-я гады, вырасла амаль (але не зусім) на 1 ° С.

Штомесячныя глабальныя тэмпературы паверхні (сушы і акіяна) НАСА за перыяд 1880 па люты 2016 года, выражаныя ў адступленнях ад сярэдняй 1951-1980 гг. Чырвоная лінія паказвае сярэднюю 12-месячную сярэднюю працу. Крэдыт малюнка: Стэфан Охуйссен, datagraver.com, з Wunderground.

У 2015 годзе ўсіх вядучых каардынуючых аўтараў, вядучых аўтараў і рэдактараў рэцэнзій у апошнім дакладзе Міжурадавай групы па змяненні клімату (МГЭИК) было прапанавана вылучыць свае найбольш уплывовыя дакументы усіх часоў па змяненні клімату. Дакумент Манабе і Ветэральда ў 1967 г. атрымаў восем намінацый; ні адна іншая папера не атрымала больш за тры. Зразумела, нявызначанасць вакол адчувальнасці да клімату застаецца і сёння, але яны былі распрацаваны і падлічаны колькасцю пяцьдзесят гадоў таму, і аналіз усё яшчэ з'яўляецца сапраўдным і каштоўным. Ён улічвае аблокі, аэразолі, стратасфернае астуджэнне, водныя пары і атмасферныя выкіды.

Узаемадзеянне паміж атмасферай, аблокамі, вільгаццю, сухапутнымі працэсамі і акіянам усё кіруе эвалюцыяй тэмпературы раўнавагі Зямлі. Крэдыт малюнка: НАСА / Смітсанаўскі музей паветра і касмічнай прасторы.

Па словах самога Манабэ - усё яшчэ актыўнага ва ўзросце 85 гадоў - мадэляванне маштабных працэсаў, падобных на цыркуляцыю атмасферы, сёння практычна ідэнтычна таму, што было ў 1960-я гады. З'явы меншага маштабу, такія як вільготная канвекцыя, хмарныя працэсы і працэсы наземных паверхняў, былі значна прасцейшымі, і палепшыліся як у дакладнасці, так і ў дакладнасці, хоць нявызначанасці (асабліва ў воблаках) усё яшчэ застаюцца. Ёсць некаторыя аспекты мадэляў, якія неэфектыўна, адзначае ён, але не па той прычыне, што людзі думаюць:

Мадэлі былі вельмі эфектыўнымі ў прагназаванні змянення клімату, але не былі настолькі эфектыўнымі ў прагназаванні яго ўздзеяння на экасістэму [чалавека] і чалавечае грамадства. Адрозненне паміж імі не было дакладна выражана. Па гэтай прычыне трэба прыкласці вялікія намаганні для кантролю ў свеце не толькі за змяненнем клімату, але і за яго ўздзеяннем на экасістэму [ы] з дапамогай дыстанцыйнага зандзіравання ад спадарожнікаў, а таксама на месцы назірання.

На думку Манабэ, нявызначанасць нумар адзін, якую нам трэба чакаць? Мадэляванне лядовага ліста

Ледніковы слон у Грэнландыі - гэта толькі адна невялікая частка масіўнага ледзянога покрыва, якая пагражае цалкам растаць на працягу бліжэйшых стагоддзяў. Крэдыт малюнка: Kashif Pathan / flickr.

Па меры таго, як зямны шар працягвае грэцца, ледзяныя паласы - асабліва над Грэнландыяй - будуць раставаць. Але хуткасць плаўлення, наступствы расплаву і наступствы розных працэсаў будуць не толькі нявызначанымі, яны беспрэцэдэнтнымі. Калі ўвесь ледзяны ліст Грэнландыі растане, узровень мора вырасце прыблізна на 8 метраў (26 футаў), пагрузіўшы велізарную колькасць прыбярэжных і нізінных абласцей па ўсім свеце, у тым ліку большасць штата Фларыда. Раставанне, слізгаценне, уздуцце і сцёк - усё крыніцы нявызначанасці, і спалучэнне іх мадэлявання і маніторынгу неабходна для разумення таго, што адбываецца.

Мы ведаем, што ідзе ўжо паўстагоддзя, і мы знаходзімся ў прорве яго прыходу. Ніколі не было больш важнага часу, каб слухаць навуку.

Гэтая публікацыя ўпершыню з'явілася ў Forbes і прадастаўляецца вам прыхільнікамі Patreon без рэкламы. Каментуйце наш форум і купіце нашу першую кнігу: Beyond The Galaxy!