Зачем придумали климатологические модели?
Первые модели климата строились на фундаментальных законах физики и химии и предназначались для изучения климатической системы. Сегодня по ним проходит линия фронта общественных дискуссий об изменении климата.
Климатические модели — это всего лишь набор уравнений, основанных на известных физических законах. Это виртуальные лаборатории, позволяющие проводить эксперименты, которые невозможны в реальности. Как и любой другой научный инструмент, они разработаны и проверены со всем тщанием. Прежде всего модель должна воспроизводить текущий климат и наблюдаемые изменения, а также ключевые моменты прошлого, реконструированные по надёжным источникам.
В результате модели хорошо воспроизводят многие важные природные климатические процессы, в том числе сезонные и суточные температурные циклы. Кроме того, они точно реагируют на привходящие факторы: в 1992 году сотрудники НАСА проверили свою модель на извержении вулкана Пинатубо и предсказали временное охлаждение климата в ответ на выброс вулканических аэрозолей.
Модели не обошли своим внимание и потепление в XX веке в результате роста атмосферной концентрации парниковых газов. Первые модели высказались на этот счёт в 1975 году, то есть ещё до того, как сильное потепление стало очевидным наблюдателям.
Эти виртуальные лаборатории помогают также понять природу того, как контактируют взаимосвязанные компоненты системы, — к примеру, изменения на поверхности планеты в результате обезлесения и сельского хозяйства оказывают значительное влияние на климат. Изучается также реакция климатической системы на масштабные события. Так, исследования продемонстрировали, как отреагируют на таяние ледникового покрова в Северной Атлантике морские течения и температура воздуха.
Основное внимание, конечно, уделяется будущему. Модели прогнозируют значительное потепление — до рекордных температур — в течение следующего столетия и помогают оценить его воздействие на уязвимые подсистемы.
Но, несмотря на все успехи, мы никогда не сможем в точности описать наш сложный, хаотический мир с помощью уравнений. Даже небольшие изменения могут повлиять на климатическую систему непредсказуемым образом, к тому же до сих пор хромает теоретическое понимание наиболее сложных аспектов климатической системы.
Например, одной из самых больших проблем остаётся точное моделирование облаков. Доподлинно неизвестно, как они формируются, а это означает, что мы не можем вписать облачные процессы в модели климата. Разные исследовательские группы делают несхожие допущения, и это приводит к различным результатам.
Другое ограничение — пространственный и временной масштаб. Глобальные модели точнее, когда исследуются долгосрочные и широкомасштабные изменения, а не то, что происходит в конкретном месте в конкретное время.
Для всех этих исследований не существует одной-единственной наилучшей модели, поэтому используется связка моделей. Как минимум одна из этого набора учитывает все доступные результаты наблюдений со всей присущей им хаотичностью. В предсказаниях группы моделей уровень хаоса должен быть примерно таким же. Этот подход позволяет получать довольно точные результаты моделирования масштабных изменений в пределах десяти и более лет.
Критики обращают внимание на то, что климатическим моделям никак не удаётся победить неопределённость, но это легко объяснить. В модели постоянно включаются всё новые сложные процессы — например, поведение мелких частиц, порождённых промышленным производством, или взаимодействие между климатом, растительностью и почвой. В то же время нынешняя неопределённость и неопределённость старых моделей — «две большие разницы», потому что модели постоянно эволюционируют: устаревшие, отжившие компоненты отбрасываются и заменяются более точными. Да, можно говорить об аналоге естественного отбора.
Несмотря ни на что из вышеизложенного, скептики подозревают учёных, работающих с моделями, в подковёрных махинациях, из-за которых компьютер выдаёт эффект, заказанный тем или иным лобби. На самом деле более точный прогноз, чем эти модели, может дать только метеоролог, который отправится в будущее. Пока машину времени не изобрели, приходится довольствоваться тем, что есть.