Российские ученые выявили новые взаимосвязи между глобальным потеплением и содержанием углекислого газа в атмосфере. В ходе работы специалисты проанализировали модельные данные по температуре и СО2, соответствующие последним 150 годам. Ученые установили, что вариации среднемесячной температуры земной поверхности, полученные на основе моделей, могут как «опережать», так и «запаздывать» относительно соответствующих вариаций содержания углекислого газа. Исследования специалистов опубликованы в журнале Doklady Earth Sciences.
Глобальные изменения климата и, в частности, глобальное потепление — одна из основных проблем, стоящих перед человечеством в XXI веке. Для эффективного решения этой проблемы, то есть для противодействия негативным последствиям климатических изменений, необходимо четко понимать их причины. Если говорить о глобальном потеплении, то его основной причиной в соответствии с общепринятой теорией является усиление парникового эффекта, обусловленное антропогенными эмиссиями в атмосферу парниковых газов, основным из которых является СО2.
Однако существуют и попытки критики «классической» теории глобального потепления. В качестве аргумента иногда используется тот факт, что междумесячные вариации глобальной температуры, согласно данным наблюдений для конца XX — начала XXI века, опережают по фазе соответствующие вариации содержания СО2 в атмосфере. Действительно, если увеличение температуры является следствием увеличения содержания СО2 в атмосфере, то на первый взгляд должно быть наоборот — температура должна «запаздывать» относительно СО2, ведь следствие не может опережать причину. Однако этот вывод следует признать слишком поспешным. Так, современные модели климата, основанные на «классической» теории глобального потепления, оказываются в состоянии воспроизвести указанный фазовый сдвиг.
Ученые из Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, МГУ им. М. В. Ломоносова, МФТИ, Института вычислительной математики им. Г. И. Марчука РАН и Казанского федерального университета выявили новые фундаментальные взаимосвязи между глобальным потеплением и содержанием углекислого газа в атмосфере. В своей работе российские специалисты проанализировали фазовые сдвиги между рядами глобальной приповерхностной температуры и содержания СО2 в атмосфере, полученные в численных экспериментах с моделями Земной климатической системы проекта CMIP6 (Coupled Models Intercomparison Project, phase 6) для периода 1850–2014 гг. В частности, ученые обнаружили, что междумесячные вариации для модельных рядов СО2 отстают по фазе от соответствующих вариаций для рядов температуры на величину порядка 10 месяцев с адекватным воспроизведением результатов, полученных при анализе данных наблюдений для последних десятилетий. При этом условия эксперимента подразумевали, что рост температуры обусловлен ростом содержания СО2 в атмосфере.
«Полученные результаты не противоречат принципу причинности, в соответствии с которым событие А не может быть причиной события B, если событие B происходит раньше A. Указанный принцип справедлив для запаздывания между событиями, а не для фазового сдвига между рядами данных. Это видно на примере обычного колебательного RCL-контура, где вариации напряжения на элементах контура могут опережать по фазе вариации входного напряжения, хотя и являются их следствием», — комментирует первый автор публикации Кирилл Мурышев, старший научный сотрудник кафедры физики атмосферы физического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.
Также ученые установили, что исходный ряд СО2 (с отфильтрованным годовым ходом) для большинства моделей все-таки опережает по фазе соответствующий ряд температуры. То есть знак фазового сдвига зависит от способа обработки исходных рядов. Он зависит от временного интервала, на котором вычисляется фазовый сдвиг, в некоторых случаях оказываясь разным для интервала 1850–2014 и 1984–2014. В более ранних работах специалисты уже показали, что фазовый сдвиг между изменениями глобальной температуры и СО2 может зависеть также от типа доминирующего внешнего воздействия на Земную систему (например, вариации солнечной постоянной с одной стороны и антропогенные эмиссии СО2 в атмосферу с другой стороны), от временного масштаба воздействия (например, вариации с периодом 100 лет и 1000 лет), от амплитуды внешнего воздействия и ряда других факторов.
Результаты, полученные с использованием расчетов с ансамблем современных моделей CMIP6, подтверждают невозможность в общем случае определить характер причинно-следственной связи между двумя коррелируемыми переменными по фазовой задержке между их изменениями без привлечения физических представлений о природе их взаимодействия.
Работа поддержана грантами РНФ № 23-62-10043 и 23-47-00104.
