Заметные потери. Ученые сообщили о глобальной проблеме из-за санкций

Без учета российских данных не будут работать климатические модели — особенно те, которые описывают изменения в Арктике. К такому выводу пришли участники проекта международной сети исследовательских станций INTERACT — климатологи из Дании, Финляндии, Великобритании и США.

Как устроены климатические модели

Чтобы достоверно судить о глобальных климатических изменениях, ученым нужны данные регулярных наблюдений, охватывающие всю поверхность Земли. Их закладывают в цифровые модели для прогнозирования.

Все численные климатические модели построены по единому принципу. Пространство, включающее атмосферу, гидросферу, поверхность суши, почвенный покров и ледники, делят с помощью трехмерной сетки на сегменты, размер которых зависит от масштаба модели. А затем, используя сложную систему дифференциальных уравнений, описывают взаимодействия между основными параметрами климатической системы внутри сегментов и между ними.

В зависимости от назначения моделей набор параметров может меняться. В тех, которые применяют для прогнозов погоды, в первую очередь оценивают атмосферное давление, скорость и направление ветра, температуру и влажность воздуха, облачность и характер осадков. Для более долгосрочных прогнозов нужно знать сезонный характер ветров, перенос тепла в атмосфере, солнечную радиацию, относительную влажность воздуха и состояние гидросферы. В комплексных моделях к ним добавляются температура верхних слоев почвы и воды в водоемах, испарение с земной поверхности, высота и состояние снежного покрова, всевозможные атмосферные явления, радиационный баланс и другие характеристики.

Модели, оценивающие и прогнозирующие глобальные изменения, учитывают факторы, влияющие на климат планеты в целом: отражательную способность поверхности (альбедо), количество аэрозолей в атмосфере, концентрацию СО₂ и других парниковых газов, баланс углерода в наземных системах и Мировом океане, состояние лесов, болот и вечной мерзлоты.

Условие достоверности

Ежегодно появляются новые, более сложные модели, учитывающие все большее количество параметров и связей между ними. Главная задача ученых — повысить достоверность оценочных и прогнозных построений, то есть свести к минимуму их отклонение от эмпирических наблюдений. Формально достоверной считается любая модель, в которой это отклонение ниже, чем изменение ее параметров за тот же период.

Для простых моделей с небольшим количеством переменных это правило выполнить удается, для более сложных — пока нет. В последние годы тому множество примеров. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) — самая авторитетная международная организация, созданная для оценки риска глобальных изменений климата, — признает, что существующие климатические модели не смогли предсказать такие погодные явления, как аномальная жара, охватившая западную часть Северной Америки летом 2021-го, или разрушительные наводнения того же года в Европе.

Специалисты отмечают, что для детальных и долгосрочных прогнозов необходимо качественно улучшить компьютерные модели, а главное — сгустить сеть наблюдений. Важно, чтобы при моделировании учитывались данные по всем климатическим и природным зонам, включая высокогорные и арктические регионы.

Арктический мониторинг

У Арктики вообще особая роль в глобальной климатической системе — неcлучайно ее называют "кухней погоды" планеты. Здесь формируются циклоны, определяющие характер атмосферных течений во всем Северном полушарии. Пресная вода, которая каждый год образуется при таянии арктических льдов и вливается в Атлантику, — важнейший элемент глобальной океанической циркуляции. Ледяной покров Арктики способствует охлаждению Земли, а Северный Ледовитый океан выполняет роль естественного теплообменника.

В последние годы температура в Арктике растет примерно в четыре раза быстрее, чем в среднем по планете, — по мнению экспертов, это может привести к серьезным глобальным последствиям. Ускоренными темпами тают не только арктические льды, но и мерзлота, которую раньше называли вечной. При деградации многолетнемерзлых пород в атмосферу выбрасывается огромное количество метана — мощнейшего парникового газа. А это, в свою очередь, ведет к дальнейшему росту температур.

Понимание происходящих в Арктике процессов и их влияния на глобальный климат зависит от достоверности первичных данных, которые используют для построения моделей. Их предоставляют наземные метеорологические станции. Они есть во всех странах, в том числе в России, которая считается крупнейшей по территории арктической державой и входит в Арктический совет. Эта межправительственная организация координирует сотрудничество в области охраны окружающей среды и устойчивого развития приполярных районов.

Начиная с 2022 года Россию практически отстранили от участия в международных проектах по климату, а с 2023-го не приглашают на мероприятия Арктического совета.

"Проекты с участием российских ученых перестали получать финансовую поддержку от европейских и американских фондов и организаций еще в 2014-м, — рассказывает директор Центра международного сотрудничества Томского государственного университета (ТГУ) Ольга Шадуйко. — Но оставались инфраструктурные проекты, например, INTERACT, направленный на поддержание и развитие сети постоянного мониторинга климатической обстановки в Арктике и наблюдение за экологическими изменениями на этой территории. Работа продолжается 12 лет, но с 2022 года — уже без России. Такая же ситуация с Arctic Passion: он стартовал в 2021-м, а через год оба его российских участника — ТГУ и Институт океанологии имени Ширшова РАН — были исключены".

Сегодня нет ни одного совместного международного проекта в Арктике с участием университетов или научных организаций из России. Чтобы понять, насколько отсутствие российских метеорологических данных повлияло на достоверность результатов климатического моделирования, ученые из Дании, Финляндии, Великобритании и США провели специальное исследование. В качестве примера рассмотрели работу международной сети арктических исследовательских станций INTERACT, насчитывающей 95 наземных станций, 21 из которых находится на территории России.

"Бесполезная работа"

Проект INTERACT финансируется программой исследований и инноваций Horizon 2020 Европейского союза. Полученные выводы используют в своей работе Всемирная метеорологическая организация (WMO), Международный совет по науке (ICSU) и Рабочая группа по совместному моделированию (WGCM) Всемирной программы исследований климата (WCRP). WGCM занимается созданием связанных моделей климата (CMIP), учитывающих взаимодействия между различными частями глобальной климатической системы — атмосферой, океаном, сушей и ледниками.

В 2018 году WGCM завершила работу над моделью CMIP6, которую Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) использовала при подготовке шестого оценочного доклада по климатическим изменениям (AR6), опубликованного в 2022-м. При оценке таких параметров, как среднегодовая температура, общее количество осадков, высота снега, влажность почвы, объемы растительной биомассы, первичной продукции, почвенного углерода и гетеротрофного дыхания (окисление древесины в процессе гниения, разложения и пожаров), CMIP6 основывается на данных сети INTERACT.

Авторы исследования отмечают, что после исключения результатов российских наблюдений репрезентативность данных упала настолько, что по некоторым переменным (количество осадков, влажность почвы, растительная биомасса) отклонения превысили величину естественных изменений. По определению такие данные считаются недостоверными — их нельзя использовать в прогнозных построениях.

"Арктика влияет на климат планеты и испытывает обратное влияние более южных регионов, — объясняет Ольга Шадуйко. — Строить глобальные модели без учета процессов, происходящих на самой большой арктической территории, на мой взгляд, пустая работа. А если говорить про такой аспект климатических изменений, как экстремальные природные явления, то модели, имеющие разрывы в территориальном покрытии, становятся вообще бесполезными".

Глобальные климатические модели и до этого оставляли желать лучшего, признают авторы статьи, а теперь ошибки в них слишком большие, чтобы строить долгосрочные прогнозы.

"Даже с учетом всех российских станций сеть INTERACT не в полной мере отражает экосистемные условия во всей панарктической области, — пишут исследователи. — Станции, как правило, расположены в несколько более теплых и влажных районах с более глубокими снежными покровами, с меньшей биомассой растительности и содержанием углерода в почве, чем в Арктическом регионе в целом. <…> Исключение российских станций осложнило ситуацию и привело к заметной потере репрезентативности практически по всем экосистемным переменным".

В заключение авторы отмечают, что международное научное сообщество должно стремиться к совершенствованию исследовательской инфраструктуры и созданию стандартизированных программ мониторинга, репрезентативных для всей Арктики. А это невозможно сделать без свободного обмена данными между всеми участниками процесса.