Хоккейная клюшка Манна
Стоит ли верить в заговор климатологов?
Я сегодня запустил "климатический опрос", даже его предварительные результаты показывают. что процент верящих в то, что климатические изменения последних лет слабо либо вовсе не связаны с деятельностью человека среди моих читателей достаточно высок, во всяком случае не ниже 45%. Причем один из противников роли человечества утверждал, что его мнение подтверждается мнением профессиональных ученых в этой области и ссылался при этом на Александра Чернокульского.
Что ж, я позволю себе именно ему предоставить слово для освещения реальной позиции климатологов в этом вопросе. А читателю советую приготовиться - я существенно сократил статью Чернокульского. и все равно очень длинная и с болшим количеством графического материала: ученый это не журналист, он должен свои тезисы не броско обрисовать, а убедительно обосновать. Тут получается длинно.
В первые дни января обозреватель «Новой газеты» Юлия Латынина опубликовала большую статью с подзаголовком «История самого крупного научного фейка ХХ века». В ней говорится о так называемой «хоккейной клюшке Манна» - представленной более двадцати лет назад реконструкции средней температуры в Северном полушарии. Назвав эту реконструкцию «фейком», автор статьи пошла дальше и поставила под сомнение саму концепцию глобального изменения климата под влиянием человеческой деятельности. N + 1 предложил прокомментировать публикацию Латыниной климатологу, старшему научному сотруднику Лаборатории теории климата Института физики атмосферы имени Обухова РАН Александру Чернокульскому.
«Церковь», «святой» и «икона»
«Главной иконой» этого «алармистского культа» в статье названа «хоккейная клюшка Манна» - график средней температуры в Северном полушарии, впервые представленный в статье, опубликованной американским профессором Майклом Манном («Главным Святым Церкви Глобального потепления») и его соавторами в журнале Nature в 1998 году.
«Клюшкой» этот график неофициально называют потому, что он демонстрирует резкий рост средней температуры в последние годы ХХ и в начале XXI века, вздымающийся, будто крюк хоккейной клюшки, над «рукоятью» - относительно более ровной глобальной температурной кривой, реконструированной за предыдущие столетия.
График Манна, реконструирующий динамику средней температуры в Северном полушарии за последние 600 лет
Между тем, говорится в статье, график этот «оказался фейком», поскольку при его составлении в расчеты Манна вкрался ряд математических ошибок, если не сказать сознательных манипуляций с данными. Но Манн и его «церковь», тем не менее, продолжают стоять на своем и всеми силами затыкают рот своим критикам.
«Разоблачить» Манна удалось тем ученым (в статье оговаривается, что в основном они не имеют прямого отношения к климатологии и палеоклиматологии), которые обратили внимание на следующее несоответствие: график Манна игнорирует крупные изменения климата, происходившие прежде, - такие, например, как Средневековый теплый период (СТП, около 800 - 1300 годы) или Малый ледниковый период (МЛП, XIV-XIX века).
Если принять во внимание эти естественные колебания климата Земли, вызванные явно не избытком СО2 в атмосфере, то «клюшка» перестанет быть «клюшкой» - ровная рукоять, на конце которой вздымается крюк, на поверку окажется совсем даже не ровной.
Нынешнее потепление на этом фоне выглядит как очередная - естественная - волна климатических изменений, идущих друг за другом на протяжении всей истории Земли. Из всего этого в статье делается вывод: «Мы не знаем, насколько существенен антропогенный вклад в нынешний климат».
В статье есть и другие доводы, призванные продемонстрировать ошибочность расчетов Манна, а также мировой заговор западных политиков во главе с Маргарет Тэтчер, использовавшей угрозу глобального потепления для борьбы с петрократиями - от Саудовской Аравии до СССР.
Вот три ключевых пункта рассуждений Юлии Латыниной:
1. Глобальные изменения климата - это нормально: они не раз происходили в прошлом, и представители самых разных наук собрали обширную базу доказательств существования СТП, МЛП и других подобных явлений, к которым человек никакого отношения не имел. Однако «климатологи-алармисты» эти данные почему-то игнорируют.
2. Тревожные заявления ученых, предупреждающих о катастрофических последствиях глобального изменения климата под влиянием человека, - не более чем пиар-акция, нацеленная на подъем их собственного престижа и не основанная на строго научных данных, поскольку главная «икона» этого «алармистского культа» - фейк.
3. Поэтому, хотя очередное глобальное изменение климата действительно происходит на наших глазах, мы не можем утверждать, что это дело рук человека, никаких объективных данных на этот счет у нас нет. Деятельность Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) и подобных организаций посвящена решению не научных, а каких-то других, прежде всего политических, задач.
На опровержении этих доводов с научной точки зрения я и хочу остановиться.
Что такое глобальная температура
Начнем с вопроса о том, что такое изменения климата, происходившие в прошлом, с точки зрения современной климатологии.
Никто из ученых не спорит с тем, что в отдельных регионах мира наблюдались и СТП (Средневековый теплый период 800 -1300гг.) и МЛП (Малый ледниковый период, XIV-XIX века). Но необходимо понимать, что регионы, где отмечалось то или иное событие, остаются всего лишь регионами, занимающими определенную долю шара/полушария.
Поэтому просто экстраполировать письменные свидетельства о сборе мандаринов в Китае или о выращивании винограде в Англии на всю планету (и даже полушарие) с научной точки зрения нельзя. Как же в таком случае можно оценить глобальную температуру?
С одной стороны - необходимо использовать все доступные реконструкции, а не только реконструкции из Северной Америки и Северной Евразии. С другой - восстановить радиационное воздействие внешних факторов (солнечной и вулканической активности), а также оценить собственную изменчивость климата, чтобы определить условия, обусловившие то или иное изменение температуры.
Именно этим и занимаются десятки научных групп во всем мире. И в целом, все они приходят к одному и тому же выводу: и раннее потепление (так называемый Римский теплый период), и холодные «темные века» (похолодание в середине первого тысячелетия), и СТП, и МЛП не наблюдались на всей планете синхронно и имели разную амплитуду.
Столетие, в котором отмечался тот или иной период потепления или похолодания (сверху: Римский теплый период, СТП, современное потепление; снизу: холодный период в «темные века», МЛП)
Наиболее синхронным и сильным событием был Малый ледниковый период, но это и понятно, если проанализировать причины этого события. МЛП происходил на фоне уменьшения солнечной активности (на этот период пришлось несколько минимумов солнечной активности - Шперера, Маундера, Дальтона) и роста вулканической активности (несколько достаточно крупных извержений).
Оба эти фактора работали на уменьшение приходящей солнечной радиации: активность Солнца снижалась напрямую, а из-за извержения вулканов в стратосфере создавался экран из сульфатных аэрозолей, отражавших часть солнечного света обратно в космос.
Небольшое уменьшение приходящей солнечной радиации запустило цепочку обратных связей - альбедную на суше Северного полушария, что привело к росту горных ледников в Евразии и Северной Америке, а также циркуляционную в океане, обусловленную увеличением морского льда в Арктике и последующим ослаблением циркуляции в Северной Атлантике.
При этом исследования показывают значительную роль внутренней изменчивости, приводившей к существенным региональным различиям. Например, в Гималаях максимальная площадь ледников отмечена с 1300 по 1600 год., а в Северной Америке наступление ледников началось на 200 лет позже. В Европе к тому же на усиление зимних морозов влияла океаническая циркуляция.
Реконструкция Северного полушария в мае-августе (относительно 1961-1990 годов). Цветные прямоугольники обозначают время наступления ледников в Европе, Исландии, Северной Америке и Гималаях - оно было ощутимо разным.
МЛП отчетливо прослеживается на всех глобальных реконструкциях - и на оригинальной «клюшке Манна», и на тех же данных, но с использованием других методов (без применения метода главных компонент), и на более поздних работах самого Манна, и на новых реконструкциях других авторов, полученных с использованием различных источников (морские и озерные отложения, кораллы, ледниковые керны, деревья, исторические хроники). Понижение температуры в этот период подтверждается и понижением уровня моря.
Изменение температуры (в единицах стандартного отклонения для каждого источника данных) по разным данным: кораллы, документальные свидетельства, ледниковые керны, озерные отложения, морские отложения, кольца деревьев
Если МЛП проявляется достаточно явно на глобальном уровне, причем как в Северном полушарии, так и в Южном, то про СТП этого сказать нельзя. Это явление нельзя назвать ни полушарно, ни тем более глобально синхронизированным. В его развитии гораздо бóльшую роль сыграла внутренняя изменчивость, а не внешний форсинг.
Количество членов ансамбля (реконструкции и модели), показывающие аномально теплые и аномально холодные периоды в Северном (а) и Южном полушариях (b) и в обоих полушариях вместе (c). На графиках видно что глобальным был только МЛП и только в 17 веке, и глобальным стало потепление в индустриальную эпоху
Во время СТП в Тихом океане преобладала холодная фаза явления Эль-Ниньо/Ла-Нинья, что обусловило отрицательную аномалию температуры над экваториальными районами Тихого океана в этот период. Что касается Европы, откуда пришло большинство письменных свидетельств об СТП, то более теплый климат региона обеспечила положительная фаза Северо-Атлантического колебания, преобладавшая здесь долгое время.
В итоге, если осреднять по всей планете, а не только по Европе, то СТП действительно перестает быть ярко выраженной особенностью температурного графика. А вот понижение температуры в МЛП прослеживается достаточно явно.
Сравнение различных реконструкций глобальной температуры воздуха
Физика климата
Теперь пришла пора отбросить ложную посылку о «хоккейной клюшке» как «иконе» климатологии. График Манна ничего не должен был доказывать, не был никакой иконой и уж точно не лежал в основе науки об изменениях климата. Как и в случае с любой другой наукой, климатология базируется не на графиках, а на изучении законов природы - в первую очередь законов гидро- и термодинамики.
Именно на основании этих законов и была выдвинута теория об антропогенной причине современных изменений климата. Основные доказательства этой теории были получены уже к концу 1970-х годов и в дальнейшем только уточнялись. На данный момент они могут быть сформулированы в следующем виде:
А. Углекислый газ в атмосфере: его свойства, быстрый рост, атрибуция роста
Еще в середине XIX века Джон Тиндал определил, что ответственными за это отепляющее воздействие являются, в первую очередь, водяной пар, углекислый газ и метан.
Парниковый эффект атмосферы: атмосфера практически прозрачна для коротковолнового излучения от Солнца, но при этом задерживает часть длинноволнового излучения от поверхности Земли. В результате нижний ее слой - тропосфера - высотой примерно 5-7 километров становится источником излучения и частично переизлучает длинноволновую радиацию обратно к поверхности Земли. мПри этом многолетние измерения, проводимые по одной и той же методике, выявили серьезный рост концентрации углекислого газа с течением времени: начиная с 315 частей на миллион в 1958 году и заканчивая 415 частями в 2019-м. Дополненные данными о составе воздухе, полученными на основе анализа пузырьков воздуха из ледниковых кернов Антарктиды, эти измерения позволили установить, что за прошедший миллион лет концентрация СО2 в атмосфере Земли никогда еще не была такой высокой.
Сегодня с помощью различных методов получены достаточно точные оценки по содержанию углерода в различных оболочках климатической системы, а также оценки потоков углерода между этими оболочками. Получены и оценки антропогенных потоков углерода от различных отраслей (промышленности, энергетики, сельского хозяйства и других). Все это позволило оценить параметры углеродного цикла климатической системы и также связать скорость роста углекислого газа с антропогенными эмиссиями.
Б. Влияние усиления парникового эффекта на измеряемые величины в климатической системе
В 1970-х годах Михаил Будыко, применяя в климатологии понятие обратной связи, показал, что даже небольшие внешние воздействия могут за счет положительных обратных связей привести к довольно значительным изменениям. Например, усиление парникового эффекта за счет роста концентрации углекислого газа приводит к росту температуры воздуха, усилению испарения и росту влажности воздуха. Поскольку водяной пар - тоже парниковый газ, рост влажности ведет к дальнейшему усилению потепления.
Наука на данный момент хорошо знает вклад антропогенной деятельности в радиационный баланс - более того, определен вклад разных компонентов человеческой деятельности: вклад от изменения альбедо поверхности, вклад от аэрозолей (прямой и косвенный), вклад от парниковых газов.
В целом, наблюдаемые в последние десятилетия изменения в различных оболочках земной климатической системы соответствуют ожидаемым изменениям, обусловленным усилением парникового эффекта.
Растет не только температура воздуха у поверхности, но также температура нижней тропосферы, температура воды в верхних слоях океана, влажность воздуха, уровень океана. Из-за избыточного тепла сокращается площадь морского льда, площадь и масса горных и покровных ледников.
Из-за удерживания тепла в нижних слоях атмосферы верхние слои остывают - похолодание наблюдается в стратосфере и мезосфере. Если бы современное потепление было вызвано увеличением солнечной активности, температура в тропосфере, стратосфере и мезосфере менялась бы однонаправленно.
Межгодовые вариации (и скользящее среднее) зимней температуры в области мезопаузы по измерениям на Звенигородской научной станции Института физики атмосферы имени Обухова РАН в 1960-2015 годах
В. Построение численных моделей климата и воспроизведение климата при учете внешних воздействий
Развитая теория, подтвержденная наблюдениями, требует и еще одного подтверждения - успешными прогнозами.
Сейчас ученые прогнозируют климат с помощью хорошо развитых численных моделей климата (или более правильно - моделей Земной системы).
С климатическими моделями проводятся как эксперименты на чувствительность (например, как изменится климат, если удвоить концентрацию СО2 в атмосфере, или создать аналог аэрозольного экрана в стратосфере, или повысить солнечную активность и так далее), так и эксперименты по воспроизведению реального климата - прошлого или будущего.
При этом для корректного воспроизведения необходимо знать граничные условия: для воспроизведения палеоклимата, например, необходимо задать другие параметры орбиты (так называемые циклы Миланковича), для воспроизведения климата XXI века важен экономический прогноз (как будет меняться концентрация СО2). Сейчас глобальные климатические модели вышли на шаг в 5-10 километров, что позволяет в явной форме воспроизводить конвекцию. Всего в мире насчитываются десятки различных глобальных климатических моделей.
С помощью моделей получено еще одно важное доказательство определяющей роли человека в современном потеплении: расчеты с учетом только естественной изменчивости не смогли воспроизвести рост температуры, а расчеты с учетом естественной изменчивости и антропогенного воздействия этот рост воспроизводят.
Суммируя, важно отметить, что в основе теории современных изменений климата (да и вообще климатической изменчивости) лежит отнюдь не один график, а совокупность знаний: установленный факт наличия парникового эффекта, сведения о его величине, о концентрации парниковых газов и цикле углерода, документально установленный рост этой концентрации и усиление радиационного форсинга, изотопное доказательство влияния сжигания ископаемого топлива на рост концентрации парниковых газов.
Наблюдаемое изменение различных климатических величин соответствует ожидаемому при усилении парникового эффекта: рост температуры в нижних слоях атмосферы и снижение - в верхних. Численные модели климата воспроизводят современное потепление только с учетом всех факторов (естественных и антропогенных), при этом прогнозы, сделанные более 30 лет назад с помощью этих моделей, оказываются успешными.
Климатологи - не единственные, чьи выводы пытаются объявить продуктом заговора, результатом работы могущественных групп интересов, желающих заработать на опасениях общества. Есть люди, называющие ВИЧ изобретением фармацевтических компаний, есть те, кто считает, что войны и революции начинаются по желанию тайного мирового правительства.
Такие объяснения всегда незамысловаты и, главное, оставляют место для оптимизма: побороть тайных заговорщиков, конечно же, проще, чем бездушные законы физики.
В заключение я прежде всего должен похвалить каждого, кто преодолев спазм в скулах (в просторечии- зевоту), добрался до этой строки. Наука к сожалению основана на моделях а модели климата не являются простыми по определению. Но шаг примерно в 10 км (это 10 000 точек на квадрат со стороной в 1 градус, а таких квадратов на поверхности Земли грубо 320 000, т.е всего в модельном расчете участвуют 3 миллиарда точек - и это без учета атмосферных слоев (минимально 3).
А потом приходит Латынина которая с трудом решает квадратное уравнение для дочери и ... начинает объяснять какие жулики ученые и какая проницательная она сама. И все это потому, что реальную сложность задачи она не способна вообразить. От слова "совсем". Т.е. ее самоуверенность полностью продиктована ее же невежеством и ВЕРОЙ. Верой в силу своего ума и в нечестность всех вокруг
К сожалению весьма похожую картину я наблюдаю и здесь в этом журнале. Все считают себя специалистами по всем наукам сразу, а самое науку и ученых откровенно презирают. И все это потому что вместо высшего образование - увы, но факт - большинство получало то, что я называю образованием верхним. В итоге которого и формируется глубокое непонимание, что такое наука, и одновременно глубокое убеждение в мощи собственного ума и ничтожестве науки (выросшее из того как ловко умел обмануть на экзамене преподавателя; мысль о том, что преподаватель сам хотел быть обманутым в голову не приходит - ну, понятно)
Господа тут никаких сомнений быть не может, вывод абсолютно однозначен - в том, что
ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА ОБУСЛОВЛЕНО ГЛАВНЫМ ОБРАЗОМ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ЛЮДЕЙ - СОМНЕНИЙ НЕТ ВООБЩЕ НИКАКИХ.
Другой вопрос - как к этому относиться и какие меры принимать -тут должны работать экономисты . социологи. политологи и т.п.
НО! - это уже совсем другая история